PhysX物理引擎入门教程.doc

PhysX物理引擎（入门教程） PhysX,Hello World!/Program/Abstract/Arithmetic/Physx.mht Author：huawenguang 版权所有 E-MAIL： DATE：06/7/20 Hi,大家好,好久没有写过东西了.最近在研究物理引擎,在网上搜索了一下,发现相关的技术文章特别少,于是我心血来潮,决定给有兴趣向这方面发展的朋友写一篇入门教程，希望有所帮助。如果你是一名超级游戏爱好者,那想必你会听说过PPU。要是你不知道什么是PPU，那也不要紧，但至少你要知道什么是“物理加速卡”。 Ageia是PhysX物理芯片的开发商，一家名不见经传的公司，成为敢吃螃蟹的第一人。说不定不久的将来,我们的计算机里会出现CPU,GPU,PPU三足鼎立的局面，而物理编程，也将成为游戏程序员的必修课程。一、安装在国际上,出名的物理引擎有Havok，Vortex，ODE，Novodex，Takamak等等,其中ode是一个免费开源的物理引擎，而Novodex就是PhysX的前身,被Ageia收购之后,改名为PhysX，是一个可以免费用于非商品用途的引擎。在这里选用PhysX来作为入门教程，主要是因为,它的帮助比较丰富,而且开发包可以免费获得。 关于PhysX sdk的安装.首先要进入下载SDK，网站下載安裝文件.請注意的是Ageia的SDK只对注册用户开放下载。注册是免费的，但好像要经过审核才会开通，不过一般都会通过的。我注册的时候好像是第二天才收到开通邮件。有两个安装文件是必须下载的System Software.exe和PhysX 2.3.3 SDK Core.exe前一个是底层驱动,后一个是程序内核,最新的SDK是2.4.1,但是只针对商业客户开放。对于初学者来说,最好把PhysX 2.3.3 SDK Training Pragrams.exe也一起下载，里面包含了从初级到高级的一系列教程，对学习这个引擎很有帮助。把所有东西下载下来之后，接着是安装了,安装很简单,一路next下去就可以了,但是为了让VC中设置方便一点,建设把PhysX 2.3.3 SDK Core.exe的安装路径改短一点,例如我的就是安装在D:PhysX中。 安装好了之后,后开始对VC编译环境进行设置。 首先,在ToolsOptionsDirectoriesInclund Fik中加入以下目录.D:PhysXSDKSPhysicsincludeD:PhysXSDKSFounddationincludeD:PhysXSDKSPhysXLoaderinclude然后在Library Fiks中加入以下目录：D:PhysXsdksLIBWin32 以上用到的“D:PhysX”指的是sdk安装目录,以你机器中的安装路径为准,本教程的示例程序用到了opengl和glut作为渲染引擎,你的计算机如何没有安装glut库,那也请先到上下载一个安装上去。在这里就不打算深入讨论glut了，没有基础的朋友可以先自学一下。 二.、PhysX概述首先来介绍一下PhysX编程的几个术语以及它们之间的相互联系。1. Scene场景：就像演员表演都需要一个舞台一样, PhysX的所有物理运动都在这个scene中进行。2. Actor角色：在场景中,所有参与运算的实体都是一个角色或许我这样表达不是很正确,大家慢慢体会吧!3. bosy刚体：用来记录物体之间世界交互的各种系数,如速度,阻尼等.4. shape形状：描述和表达某一角色的外形,PhysX中提供4种基本形状，盒子，球，胶囊以及平面。 从上面图可以看到，PhysX编程其实很简单,首先,定义各种不同的角色（actor）,然后指定每个角色的形状（shape）属性和刚体（body）属性，最后是把这些角色都加入到场景（scene）空间中去,这样就可以构造出一个完整的物理世界。下面我将详细描述编程的步骤.三.编程实现1.创建scene, NxsceDesc sceneDesc:SceneDesc.grauity gDefaultGravity;/指定重力加速度(-9.81f)SceneDesc.broadphase NX_BROADPHASE_COHERENT; SceneDesc.collisionDetection true; /是否开启碰撞检测Gscene gPhysicsSDKcreateScene(sceneDesc); 首先我们要创建一个场景的描述(Descriptor)，PhysX SDK就利用这个场景描述结构来创建生成一个场景实例.描述(Descriptor)在整个SDK编程过程中,会被广泛地使用。描述其实就是一个数据结构,主要是用来保存各种在创建实体时所需要的相关信息。你可以调整描述体中各种参数来达到不同的效果,当然你可以不作任何修改,这样的话实体在创建时会使用描述体的默认值。 在本例子中,我们创建一个指定了重力加速以及碰撞检测算法的场景实例。PhysX SDK中提拱了三种碰撞检测算法提拱给大家选择.这里选用的是“broad phase-coheret collison detoction”。 2.给场景（scene）增加物理材质（Materials） 物理材质指的是某一具体物体的表面属性和碰撞属性,这些属性可以确定一个物体和另一个物体发生碰撞时，是如何在该的物体上反弹,滑动或者滚动的。 你可以给场景中的所有物体指定一个相同的默认物理材质。 /创建默认材质Nxmaterial* defaultMaterial=gscene getMaterialFromIndex（0）;Default MaterialsetRestitution（0.9）;/还原系数为0的时候没有还原.DefaultMaterialsetStaticFriction（0.5）;/静摩擦系数.DefaultMaterialsetDynamicFricfion（0.5）;/动摩擦系数. 以上材质的系数最小值都是0,最大值是1，如果要实现一个物体落在地上会自动弹跳,那就得把还原系数设得大一点。 3.创建地面 在本程序例子中,只有两个角色实体,地面和盒子.我们首先来看如何创建地面. NxPlane shapeDesc planeDesc;NxActorDesc actorDesc;actorDesc.shapes.pushBack（&phane Desc）;gscenecreateActor（AcforDesc）; 创建一个地面角色,这可能是角色创建的最简单的方法了,只用到了四行代码,首先分别创建一个平面形状描述和角色描述,两个描述都不作任何修改,也就是使用它们的默认值.平面的中心位于世界坐标原点（0,0,0）处，而法线则是指向y轴的正方向。 第二步,把平面描述添加到角色描述中的形状列表中去，从这里我们也可以看到，一个角色是可以包含多个形状物体的。 第三步,就是把角色加到场景（scene）中去，也许你会留意到，前面我们所说的一个角色实体必须包括形状描述和刚体描述，两大部份，为什么这里只有形状描述呢？其实，刚体描述也是存在的，当你没有为它指定的时候，角色创建时会自动生成一个默认的刚体描述。一个刚体的默认值是这样的：它不会移动但是会把与它发生碰撞的物体反弹回去。因为它的质量是无限大的。 4、 创建盒子前面介绍了如何创建一个地面，这是场景中最简单的一个角色了,下面我们将要创建一个稍为复杂一点的角色，一个盒子。 Int size=5NxBodyDesc BodyDesc;BodyDesc.angularDamping=0.5f;BodyDesc.linearVelocity=NxUec3（0.0f,0.0f,0.0f）NxBoxShapeDesc BoxDesc;BoxDesc.dinesions=NxUec3（float（size）,float（size）,float（size）;NxActorDesc BoxActorDesc;BoxActorDesc.shapes.pushBack（&BosDesc）;BosActorDsec.body= &BodyDesc;BoxActorDesc.desity=0.10f;BoxActorDesc.globalpose.t=NxVec3（.0.0）;GscenecreateActor（BoxActorDesc）userData=（viud*）size; 这里我们创建了一个叫“Box”的场景角我。我们可以看到，盒子角色完整地包含了形状和刚体两大部份。和创建平面角色不同的是盒子角色描述中多了“desity”,“globalpose”两个分量,分别指的是密度和初始位置,SDK会根据密度和体积来自动计算角色的质量。“globalpose”指的是在世界位标中的相对位置,值得注意的是: PhysX中,与坐标尺寸相关的数值,其单位都是“米”(m)。 5.绘制与运动 完成了以上的准备工作之后,接下来便是检验成果的最后冲刺了. Whik(nbActors-)NxActor*actor=*actors+;If(!actor-userData) continue;glpushMatrix();float glamat16;actor-getGlobalPose().getColumnMajor44(glmat);glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); glMultMatrix(glmat);glutWireCube(float(int(actoruserData)*2.0f);glPopMatrix(); 上面是绘制场景的程序,这里因为不需要绘制地面,因此第一行跳过平面角色,直接绘制盒子.OK,现在我们可以让程序运行起来了,在窗口可以看见生成的一个立方体盒子.但是为什么那个盒子不会落下来，不会运动呢？这是因为我们还没有加入实时运算函数。在绘制盒子之前加入以下三行: GscenefetchResults（NX_RIGID_BODY_FINFSHED）;gscengSimulate(1/60.0f);gsceneflushstream(); 这样,盒子就会产生自由落体运动,其中simulate(1/60.0)是一个积分函数,用来求位移.这里用到了固定间隔时间1/60.0秒,其实最好是使用一些系统时间函数,来计算上一次刷屏到现在的时间，这样会让物体运动更加逼真。四.总结这是一个PhysX物理引擎的Hello World入门程序,为了让大家更清晰地看到程序总体框架,我把程序的功能尽量写得简单。在接下来的一段时间里,我会写一些复杂的相关教程,希望各位网友友持。当然，我也是一边学一边写，难免会出现错差，如果你们发现我的文章有问题的话，请E-mail:告诉知我，也欢迎在这方面有共同兴趣的朋友来信交流.特别感谢我身边一个朋友的支持! 五、源代码 / A minimal Novodex application test./以下代码，先安装好PhysX SDK，及按要求配置好路径之后才能编译。/建义用使用VC2003以上版本，VC6.0在我这里有一个“return”错误，把“return”去掉就可以编译通过。/运行的时候如果提示缺少DLL文件，请在/bin/win32目录中找到相应的DLL文件把它拷贝到工程文件夹中，/或者拷贝到系统systems32/文件夹中/ NxBoxes by Pierre Terdiman (01.01.04)/ author: #define NOMINMAX#ifdef WIN32#include #include #include #elif LINUX#include #include #elif _APPLE_#include #include #elif _CELLOS_LV2_#include #endif #include / Physics code#undef random#include NxPhysics.h/#include ErrorStream.h#pragma comment( lib, PhysXLoader.lib ) static bool gPause =false;static NxPhysicsSDK* gPhysicsSDK = NULL;static NxScene* gScene = NULL;static NxVec3 gDefaultGravity(0.0f, -9.81f, 0.0f);static float gRatio=1.0f; static void InitNx() / Initialize PhysicsSDK gPhysicsSDK = NxCreatePhysicsSDK(NX_PHYSICS_SDK_VERSION, 0, NULL); if(!gPhysicsSDK) return; gPhysicsSDK-setParameter(NX_MIN_SEPARATION_FOR_PENALTY, -0.05f); / Create a scene NxSceneDesc sceneDesc; sceneDesc.gravity = gDefaultGravity; sceneDesc.broadPhase = NX_BROADPHASE_COHERENT; sceneDesc.collisionDetection =true; gScene = gPhysicsSDK-createScene(sceneDesc); NxMaterial * defaultMaterial = gScene-getMaterialFromIndex(0); defaultMaterial-setRestitution(0.9f); defaultMaterial-setStaticFriction(0.1f); defaultMaterial-setDynamicFriction(0.1f); / Create ground plane NxPlaneShapeDesc PlaneDesc; PlaneDesc.d = -5.0f; NxActorDesc ActorDesc; ActorDesc.shapes.pushBack(&PlaneDesc); gScene-createActor(ActorDesc); /CreateCube(NxVec3(0.0,20.0,0.0),5); / Create body / int size = 5; NxBodyDesc BodyDesc; BodyDesc.angularDamping = 0.5f;/ BodyDesc.maxAngularVelocity = 10.0f; BodyDesc.linearVelocity = NxVec3(0.0f,0.0f,0.0f); NxBoxShapeDesc BoxDesc; BoxDesc.dimensions = NxVec3(float(size),float(size),float(size); NxActorDesc BoxActorDesc; BoxActorDesc.shapes.pushBack(&BoxDesc); BoxActorDesc.body = &BodyDesc; BoxActorDesc.density = 0.10f; BoxActorDesc.globalPose.t = NxVec3(0.0,20.0,0.0); gScene-createActor(BoxActorDesc)-userData = (void*)size; static void RenderCallback() / Clear buffers glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); / Setup camera glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(60.0f, 1.0, 1.0f, 10000.0f); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(0.0, 5.1, 50.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0f, 1.0f, 0.0f); gScene-fetchResults(NX_RIGID_BODY_FINISHED); gScene-simulate(1/60.0f); gScene-flushStream(); / Keep physics & graphics in sync int nbActors = gScene-getNbActors(); NxActor* actors = gScene-getActors(); while(nbActors-) NxActor* actor = *actors+; if(!actor-userData) continue; glPushMatrix(); float glmat16; actor-getGlobalPose().getColumnMajor44(glmat); glMultMatrixf(glmat)