物理引擎和图形引擎介绍..doc

物理引擎和图形引擎介绍 2015-2 引言[1] [2] 物理引擎是一个仿真物理系统的软件，它使虚拟世界中的物体运动符合真实世界的物理定律对虚拟现实中的物体进行运动学、动力学、物理学仿真。在虚拟现实系统开发中开发人员可以使用物理引擎与渲染引擎相结合的方法不但可以缩短开发周期而且可以产生良好的效果。随着虚拟现实技术的发展物理引擎广泛应用在游戏动画电影军事模拟等诸多领域。在以往的游戏中，一位士兵往一个油桶旁边扔一个手雷，手雷爆炸，引起了油桶的爆炸。不过这个过程显得相当死板，不管是把手雷丢在油桶的左边还是右边，油桶都只会按照设计者预先设计好的脚本爆炸，不会有区别。加入物理引擎，完全突破了以往按预定脚本执行的方式，在游戏中的物体都遵物理定律来运行手雷扔在油桶的左边或右边都会产生不同的爆炸效果，石块会朝不同的角度飞溅起来，烟雾也会慢慢冒起来使游戏更加富有真实感。 物理引擎使用对象属性（速度加速度动量冲量碰撞、扭矩或弹性）来模拟刚体运动、旋转和碰撞行为，这不仅可以得到更加真实的结果，对于开发人员来说也比编写行为脚本要更加容易掌握。好的物理引擎允许复杂的机械装置，像球形关节、轮子、气缸或者铰链。有些支持非刚性体的物理属性，如流体。物体形状数形状 目前常物理引擎Havok、PhysX、BulletODE、Newton、Vortex和TOKAMAK等，常引擎OSG、OpenGVS和Vtree等。本文物理引擎Havok、PhysX、BulletODE和图形引擎OSG的背景、功能、用法及其在工程仿真领域中的应用，以及物理引擎引擎物理引擎Havok[1][3] Havok公司成立于1998年，总部位于爱尔兰首都都柏林。该公司在2000年游戏开发者大会上发布了Havok 1.0 ，在2003年的GDC上发布了2.0版本，在2007年3月发布4.5版本，必威体育精装版版本为5.5。引擎基于C/C++语言而成。2007年9月，Intel宣布收购Havok之后不久，Intel宣布Havok引擎开放源代码并允许游戏开发人员免费使用。 ?自从Havok引擎发布以来，它已经被应用到数百个游戏之中。最早，使用Havok引擎的游戏大多数都是第一人称射击类别，但随着游戏开发的复杂度与规模越来越大，其他类型的游戏也想要有更加真实的物理表现，有越来越多的其他类型的游戏采用Havok引擎。用Havok的著名游戏有：《暗黑破坏神III》、《星际争霸II》、《半条命2》、《刺客信条：兄弟会》、《马克思·佩恩2》、《凯恩与林奇：死人》、《凯恩与林奇2：伏天》、《荣誉勋章:太平洋突袭》、《斩除妖魔》、《帝国时代III》、《极度恐慌》、《细胞分裂：混沌法则》、《光环2》、《光环3》、《大乱斗Smash Brothers X》以及《上古卷轴IV：湮没》等。 ?使用Havok的软件有3D Mark063DMark Vantage、3ds Max、Adobe AtmosphereAdobe Shockwave等。 Havok功能碰撞检测连续的 MOPP技术（大碰撞Havok注重在仿真和游戏中对现实世界物理行为的模拟，提供了大量的应用程序编程接口（API），用于刚体建模、碰撞检测和实时动力学计算等。利用该引擎，可快速建立虚拟三维物理世界，以及物理世界中的物理实体，并向物理实体添加物理属性，完成仿真系统的实时计算，并检测计算结果。 “帧”是仿真系统中的单幅画面，两个连续帧之间的时间间隔称为帧时间。Havok物理引擎的工作流程就是在上一帧渲染完毕之后，以及下一帧渲染开始之前的帧时间内，将外部设备的输入信号转化为物理世界中具有物理属性的实体的受力，根据实体间的约束信息，进行碰撞检测以及活动实体的受力分析，求出加速度和角加速度等，最后对时间进行积分求出实体在下一帧中的位置和姿态。求解完毕之后交付图形引擎渲染，并进入下一个计算过程。对于交互式仿真系统，物理引擎还要有接收外部设备的输入信号并转化为实体力和力矩的功能。Havok物理引擎的处理流程如下图所示。 在其官方网站：http:// www. /可以免费下载有关资源，包括Havok SDK、样例、技术文档以及支持Maya、3ds Max和Avid XSI等3D建模软件的格式转换工具。PhysX[1][3][4][9] PhysX物理运算引擎由五名年轻的技术人员开发，他们2002年成立了Ageia公司2005年NovodeX，后改名为PhysX。2006年Ageia公司发布了第一张PhysX PPU物理加速卡，称为PhysX 100 Series设计为搭载128MB GDDR3显存，采用PCI接口。生产PhysX 100 Series的包括华硕和BFG，其中华硕的PhysX物理加速卡搭载了256MB GDDR3显存。后来，Ageia公司又开发了第二代PhysX