Simulation and Game Physics
Simulations und Spiele Physik
von Christian Herta
Computer Spiele erhalten oft erst
ein realistisches
Look and Feel durch
eine wirklichkeitsnahe physikalische Simulation.
Hier ist es besonders wichtig, dass die Algorithmen schnell
sind, um in Echtzeit die Welt nachahmen zu können.
Verwandt zu dieser Anwendung ist der Gebrauch von Physik
für Animationsszenen in Filmen und in der
Computergraphik.
Ein weiteres Anwendungsgebiet schneller physikalischer
Simulation ist die Robotik. Hier können
Bewegungsalgorithmen und KI erst am Computer
getestet werden, bevor sie in der realen Welt zum Einsatz
kommen.
Man unterscheidet bei der Gamephysik verschiedene
Arten von Simulationen:
-
Dynamik starrer Körper (Rigid Body Dynamics)
-
Die Physik nicht-elastischer Körper,
die sich deformieren können.
-
Simulationen von Ketten, Seilen, Kleidung, Stoffen etc.
Basiert oft auf Mass-Spring Systems
-
Simulation von Flüssigkeiten, Feuer, Wolken etc.
Basiert oft auf Particle Systems
Dynamik starrer Körper
Rigid Body Dynamics
Die Simulation der freien Bewegung
starrer Körper ist relativ
einfach nach den Bewegungsgleichungen der Physik
durchführbar.
Die besondere Schwierigkeit ist die
Kollision von Objekten wirklichkeitsnah nachzuahmen.
Besonders, wenn etliche Objekte zeitgleich miteinander
zusammenstoßen.
Es existieren verschiedene Herangehensweisen,
um solche Kontakte zwischen den Körpern
mit Reibung zu simulieren. Die
Verbreitesteten sind:
Impulse-basierte Methoden,
Constraint-basierte Methoden und
Penealty-basierte Methoden.
Vorlesungsfolien
Game Physik (Vorlesungsfolien)
Meine Vorlesung gehalten im Rahmen des
Game Development Seminars (23.11.04)
an der Technischen Fachhochschule Berlin. Die
Behandlung von Kontakten wird hier mit der
Impulse-basierten Methode
beschrieben.
Links
Tutorials
An Introduction to Physically Based Modeling
Differential Equation Basics - Particle System Dynamics - Energy Functions and Stiffness -
- Continuum Dynamics - Constrained Dynamics - Rigid Body Dynamics I - Rigid Body Dynamics II
Physically Based Modeling
Introduction - Differential Equation Basics - Particle Dynamics -
Implicit Methods - Cloth and Fur Energy Functions - Rigid Body Dynamics -
- Constrained Dynamics - Collision and Contact
Rigid Body Dynamics
Post-Stabilization for Rigid Body Simulation with Contact and Constraints
with a brief but complete description of LCP-based formulations
of rigid body contact mechanics (
constraint-based methods).
Human Hand Model based on Ridid Body Dynamics
Despite of the title, it is mainly a description of the
dynamics of rigid bodys, joints and constraints.
The game physics engine ODE use the models described therein.
Game Physics Engines - Physics libraries
Open Source :
ODE Game Physics Engine
OpenTissue Open-source Library for Physics-based Animation -
A low level application programming interface (API)
Kommerziell:
Havok
Tokamak
Meqon
Karma - Renderware
Newton
PhysX (früher Novodex)
Character Physics
Practical Physics for Articulated Characters
Simulation von Ketten, Seilen etc.
Rope Simulation
Simulated Knot Tying
Exploring Spring Models
Simulation von Kleidung, Stoffen etc.
Devil in the Blue-Faceted Dress: Real-Time Cloth Animation
Large Steps in Cloth Simulation
Cloth: http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_cloth.htm
Efficient cloth model and collisions detection for dressing
Fast Cloth Animation on Walking Avatars
Robust Treatment of Collisions, Contact and Friction for Cloth Animation
Mehr Links zu Cloth-Simulation
Particle Systems - Modelling of Liquids, Fire, Clouds etc.
Particle Systems - A Technique for Modeling a Class of Fuzzy Objects
Physically-Based Fluid Modeling using Smoothed Particle Hydrodynamics
Bücher
- Eberly, D.: Game Physics;
Elsevier Morgan-Kaufmann; ISBN: 1-55860-740-4
Handhabung von
Kollisionen werden mit den Impulse-basierten Methoden beschrieben.