物理引擎综述:从Havok到SimplePhysicsEngine

物理引擎综述:从Havok到SimplePhysicsEngine

1. Havok:

老牌的君王,支持功能如下:

· Collision Detection - including Continuous Physics?

· MOPP? Technology - for compact representation of large collision meshes

· Dynamics and Constraint Solving

· Vehicle Dynamics

· Data Serialization and Art Tool Support

· Visual Debugger for in-game diagnostic feedback

有不少游戏和软件都选择了他做物理引擎,比如HOLO3,失落星球,HL2, 细胞分裂,指环王Online ..etc现在Havok被Intel收购了,以后可能对Intel的CPU会有特别的优化。

Havok对PS2、XBOX、GameCube、PC多种游戏平台都有支持。也是世界顶级游戏公司Valve(Half Life的公司),Pandemci,Remedy等的合作伙伴。这个物理引擎曾经支持过各种类型的游戏,包括racing game,first-persion shooter,MMOGs,adventure games,puzzle games等等。Hovak还曾经负责电影Matrix的部分效果处理。

成功案例:

Crash Nitro Kart、Half-Life 2、Max Payne 2、Medal of Honor、F.E.A.R.、Lord of the Rings: Middle Earth Online。

2. NovodeX --- AGEIA PhysX

新兴的王者,支持功能如下:

· Massively Parallel Physics Architecture

· High-speed GDDR3 Memory Interface

· AGEIA Universal Continuous Collision Detection

· AGEIA Physical Smart Particle Technology

· AGEIA Complex Object Physics System

· AGEIA Scalable Terrain Fidelity

· AGEIA Dynamic Gaming Framework

因为特有的硬件卡(物理加速卡-PPU)支持,所以能处理大量的物理运算,其他几款暂时没得比。Unreal3,GameBryo, Reality Engine等多款商业引擎和游戏都使用了他。

NovodeX是由开发PPU的公司AGEIA进行维护,因此对于将来PPU硬件的支持,无疑NovodeX是最有优势的。NovodeX是一个模拟刚体动力学的物理引擎,支持速度,加速度,动量,冲量,碰撞等等的物理概念。NovodeX的开发库支持跨平台,多线程,高速碰撞检测等特性,专门对汽车物理的模拟做了优化。案例:

根据官方文档,已经有超过60个游戏工作室、公司和研究机构采用了NovodeX的技术。

3. Bullet

开源届的霸主,支持功能如下:

· Multi Platform support

· Supports various shape types:

· Discrete Collision Detection for Rigid Body Simulation

· Single Queries:

· Sweep and Prune Broadphase

· Documentation and Support

· Auto generation of MSVC project files, comes with Jam build system

· Bullet Collision Detection works with Bullet Dynamics, but there is also a sample integration with Open Dynamics Engine.

· Framework with 2 different Constraint Solvers

· Hinge, Point to Point Constraint, Twist Cone Constraint (ragdolls)

· Automatic de-activation (sleeping)

· Generic 6 Degree of Freedom Constraint , Motors, Limits

· LCP Warm starting of contact points

· Collada 1.4 Physics Import using FCollada and COLLADA-DOM

· Convex Decomposition Code

这款物理引擎的历史也比较久了,但似乎国内知道的ODE的人更多一些,这款物理引擎被Nvidia的开发人员所关注(Nvidia前些时候说过,要用GPU来实现物理加速,可能会最先在这款物理引擎上实现。)

(Tip: 这款引擎是开源的,有兴趣的朋友,可以看看。)

4. ODE

开源的名角,支持功能如下:

· Rigid bodies with arbitrary mass distribution.

· Joint types: ball-and-socket, hinge, slider (prismatic), hinge-2, fixed, angular motor, linear motor, universal.

· Collision primitives: sphere, box, cylinder, capsule, plane, ray, and triangular mesh, convex.

· Collision spaces: Quad tree, hash space, and simple.

· Simulation method: The equations of motion are derived from a Lagrange multiplier velocity based model due to Trinkle/Stewart and Anitescu/Potra.

· A first order integrator is being used. It's fast, but not accurate enough for quantitative engineering yet. Higher order integrators will come later.

· Choice of time stepping methods: either the standard ``big matrix'' method or the newer iterative QuickStep method can be used.

· Contact and friction model: This is based on the Dantzig LCP solver described by Baraff, although ODE implements a faster approximation to the Coloumb friction model.

· Has a native C interface (even though ODE is mostly written in C++).

· Has a C++ interface built on top of the C one.

· Many unit tests, and more being written all the time.

· Platform specific optimizations.

· Other stuff I forgot to mention...

嘿嘿,这个就不用做过多的介绍了,国内使用和学习这个的人比较多了。只是最近看到他的网页上有这么一句话:“Russell Smith is the primary author of ODE.”不知道是谁又伤害了这位仁兄。

(Tip: Google一下,中文文章一大把。)

5. TOKAMAK

最近想通了,决定开源了。支持功能如下:

· Joints

· Friction

· Stacking

· Collision Detection

· Rigid Particle

· Breakage

这个物理引擎出现也比较早了,作者是日本人,其实日本的游戏也很发达的,能把技术共享出来,难得啊。(日文的技术网站还是很多的。)

6. Newton

更多的专注于生活中的实例模拟。

6. Simple Physics Engine

国产精品,支持功能如下:

· 使用独创的快速而稳定的Tri-Mesh碰撞检测算法,使载入模型数据异常简单。SPE的碰撞检测系统从一开始就是针对三角形网格(Tri-Mesh)而设计,所以用户可以方便地使用mesh文件创建任意形状的刚体,SPE内部将自动处理所有工作。同时,SPE支持球和胶囊两种基本几何形状,方便用户创建粒子特效和ragdoll系统。此外,SPE支持一定条件下的连续碰撞检测,可以正确地处理大多数情况下的高速运动物体。

· 碰撞信息分析。SPE对碰撞检测系统产生的数据进行智能化分析,为碰撞反应计算提供更可靠更正确的原始数据,极大地提高了系统的稳定性。

· 稳定的碰撞与接触解决系统。从1.5版开始,SPE采用全新的解决算法,更正确地计算摩擦与反弹,而且更稳定。

· SPE提供一种稳定的基本Joint功能,支持最大距离、弹性系数以及破坏力等参数的配置,用户可以使用它方便地创建各种其他类型的Joint。

· 实时刚体破碎。(Beta)。SPE提供“形状操作”的功能,任何模型均可被一组平面或另一个模型切成小块,SPE生成的模型中包括用于区分原始表面与切面的属性信息,方便用户更合理地渲染出新的形状。目前,可破坏刚体的API已经开放。

· 高并行计算。SPE已经完成了多线程化以充分利用多核心CPU的性能. 90%以上的计算任务都可均匀地分配到任意数量的线程中去. 与单线程相比,双线程至少能提供60%的性能提升,而四线程可以带来150%以上的性能提升。使用SPEWorld::SetNumThreads( )即可在任何时候开启多线程计算。

· 简单易用而人性化的接口,极大地降低了SPE与其他软件系统结合的难度,使用户在瞬间即可建立一个具有真实物理属性的世界。

几款常用物理引擎比较

开发公司/作者HovokCMLabsRussell SmithAGEIADavid Lam版本32.30.52.1.21.21发行日期2005.32004.72004.52004.112005.3是否支持C++开发是是是是是文档/Demo详细详细较详细详细较详细License商业 价格需要协商商业 价格需要协商GNU LGPL/BSD/价格和使用需要协商商业 价格需要协商免费技术支持全面全面少全面无其他NANA开放源码支持PPUNA

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