虚拟现实环境中的物理模拟及物理引擎应用的研究.pdfVIP

第23卷第2期 湖 北 工 业 大 学 学报 2008年4月 of V01．23No．2 JournalHubei of UniversityTechnology Apr．2008 [文章编号]1003--4684(2008)02-0007—03 虚拟现实环境中的物理模拟及物理引擎应用的研究 有人，陈定方 (武汉理工大学智能制造与控制研究所，湖北武汉430063) [摘 要]论述了物理模拟的基本理论，分析了俗称物理引擎的物理模拟软件包的数据类型、软件结构，介绍 了应用物理引擎进行模拟的一般程序． [关键词]虚拟现实；物理模拟；物理引擎}碰撞检测 ， [中图分类号]TP391．41 [文献标识码]：A setscale(doubledx，double 虚拟现实技术允许用户通过输入设备操纵虚拟 dy，doubledz)；用于缩放模型； 环境的虚拟物体，虚拟环境会相应地反应，产生一种 这样的函数接口给程序设计人员提供了控制模 身临其境的感觉[1]．基于物理的模拟技术在提高虚 型的能力，通过设置参数就能操纵模型． 拟现实环境交互性、真实感方面效果显著，对于物理 虚拟环境中的虚拟物体能够像现实环境中的物 模拟、物理建模技术及相应软件开发包(俗称物理引 体那样运动，相互作用，只要程序运行期间虚拟环境 擎)的研究很有意义． 中每帧画面的位置姿态同现实环境中的位置姿态一 样，并更新模型的位置姿态，视觉上就呈现出运动的 1 3D环境中物理模拟技术应用的一 效果．基于物理的模拟技术就是要在程序运行的整 般模型 个过程中，计算每帧画面时刻模型的运动状态，即位 现代图形管线生成3D场景的一般过程瞳1是， 置和姿态，位置的变化使模型产生位移，姿态的变化 使模型产生旋转． 利用OpenGL，Direct3D这些底层图形API将组成 模型的三角面片的数据(三角形的顶点坐标、各个顶 这样的技术和面向对象技术共同发展的产物是 点的法向量坐标)送到显卡的图形处理芯片 被称之为物理引擎的软件开发包．物理引擎还要处 理用户的交互功能，用户操纵输入设备产生的输人 (GPU)，在那里三角面片的3D数据经过平移、旋 转、投影等矩阵变换，如果设置了光照，材质属性，会 数据(鼠标的运动速度，方向)转化成虚拟物体上受 启用芯片中的顶点光照计算、纹理坐标生成功能，最 到的力、力矩，送交物理引擎，计算出虚拟物体受力 终，光栅转化成帧缓存中的像素，送显示设备显示． 后产生的运动状态数据；如果虚拟物体与其他物体 整个图形处理的输入是三角面片，输出是帧缓存． 碰撞，碰撞过程也是力的作用的过程，将导致新的作 用力的产生和物体运动状态的改变，物理引擎要对 图形处理芯片中的固定功能以OpenGL，Di- 碰撞进行检测，碰撞发生，就要计算碰撞物体受到的 rect3D中的函数提供．如改变模型中部分三角面片 的顶点数据能实现模型的变形，设