物理引擎和图形引擎介绍VIP免费

物理引擎和图形引擎介绍2015-21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、其它物理学仿真等。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，物理引擎已广泛应用在游戏、动画、电影、工程仿真和军事模拟等诸多领域。在以往的游戏中，例如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方式爆炸，不会有区别。加入物理引擎后，它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守物理定律来运行，这样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。通常物理引擎可以分成两类：高精度物理引擎和实时物理引擎。高精度物理引擎要求计算出精度很高的物理对象，通常用于工程仿真或用电脑制作电影中的动画。在视频游戏中，物理引擎通过简化其运算复杂度，降低其精度来满足游戏中对实时性的需求，以增加动画的真实感。物理引擎使用对象属性（速度、加速度、动量、冲量、碰撞、力、力矩、阻尼、扭矩或弹性等）来模拟刚体的运动、旋转和碰撞等行为，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。好的物理引擎允许模拟复杂的机械装置，像球形关节、轮子、气缸或者铰链等。有些还支持非刚性体的物理属性，如软体、流体等。物理引擎只关心动力学微分方程的求解，而为了获得逼真的仿真环境，还需要图形引擎的配合。输入场景信息（包括物体的形状、物理参数和位置等），通过物理引擎计算出场景中所有物体的形状和位置，再由图形引擎渲染它们，最终将它们显示在计算机上。目前常用的物理引擎有Havok、PhysX、Bullet、ODE、Newton、Vortex和TOKAMAK等，常用的图形引擎有OGRE、OSG、OpenGVS和Vtree等。本文将介绍物理引擎Havok、PhysX、Bullet、ODE和图形引擎OGRE、OSG的背景、功能、用法及其在工程仿真领域中的应用，以及物理引擎和图形引擎联合应用的方法。12物理引擎2.1Havok[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Havok1.0，在2003年的GDC上发布了2.0版本，在2007年3月发布4.5版本，最新版本为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。应用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SmashBrothersX》以及《上古卷轴IV：湮没》等。使用Havok的软件有3DMark06、3DMarkVantage、3dsMax、AdobeAtmosphere和AdobeShockwave等。Havok具有以下主要功能：●碰撞检测（包括连续的物理体）●MOPP技术（大碰撞网格的简洁表达）●动力学和约束的求解●车辆动力学●数据序列和布景工具支持●内置诊断反馈虚拟调试器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...