JoltPhysics

Jolt Physics

Многоцелевая дружелюбная библиотека физики физики и обнаружения столкновений. Подходит для игр и виртуальных приложений. Используется Horizon Forbided West.

Видео на YouTube, показывающее кучу RagDoll, смоделированную с помощью физики JOLT.

Для получения дополнительных демонстраций и видео перейдите в раздел образцов.

Соображения дизайна

Зачем создавать еще один физический двигатель? Во -первых, это был личный учебный проект. Во -вторых, я хотел решить некоторые проблемы, которые у меня были с существующими физическими двигателями:

• Игры делают больше, чем моделирование физики. Эти вещи происходят по нескольким темам. Мы подчеркиваем одновременный доступ к данным физики за пределами основного обновления симуляции:
  • Разделы симуляции могут быть загружены / выгружены в фоновом режиме. Мы готовим партию физических тел на фоновой потоке, не блокируя и не влияя на моделирование. Мы вставляем партию в симуляцию с минимальным влиянием на производительность.
  • Запросы на столкновение могут работать параллельно с добавлением / удалением или обновлением тела. Если в той же потоке произошло изменение в теле, изменение будет немедленно видимо. Если изменение произошло в другом потоке, запрос увидит последовательный до или после состояния. Альтернативой будет прочитать версию мира чтения и писать. Это предотвращает немедленно видимые изменения, поэтому мы избегаем этого.
  • Запросы на столкновения могут быть параллельно основной физике моделирования. Мы делаем грубую проверку (широкий фазовый запрос) перед шагом моделирования и делаем тонкие проверки (узкий фазовый запрос) на заднем плане. Таким образом, длительные процессы (например, генерация навигационной сетки) могут быть распределены по нескольким кадрам.
• Случайный пробуждение тел вызывает проблемы с производительностью при загрузке / разгрузке контента. Поэтому тела не будут автоматически просыпаться при создании. Соседние тела не будут разбудить, когда тела будут удалены. Это может быть вызвано вручную при желании.
• Симуляция работает детерминированно. Вы можете воспроизвести симуляцию с удаленным клиентом, просто повторив входы в моделирование. Прочитайте раздел детерминированного моделирования, чтобы понять пределы.
• Мы пытаемся имитировать поведение жестких тел в реальном мире, но делаем приближения. Следовательно, эта библиотека должна быть в основном использоваться для игр или виртуальных веществ.

Функции

• Моделирование жестких тел различных форм с использованием непрерывного обнаружения столкновений:
  • Сфера
  • Коробка
  • Капсула
  • Конусная капсула
  • Цилиндр
  • Конический цилиндр
  • Выпуклый корпус
  • Самолет
  • Сложный
  • Сетка (треугольник)
  • Местность (поле высоты)
• Моделирование ограничений между телами:
  • Зафиксированный
  • Точка
  • Расстояние (включая пружины)
  • Петля
  • Слайдер (также называемый призматическим)
  • Конус
  • Стойка и шестерня
  • Механизм
  • Шкив
  • Плавные пути сплайна
  • Свинг-трюк (для гуманоидных плеч)
  • 6 Доф
• Двигатели для управления ограничениями.
• Обнаружение столкновения:
  • Кастинг лучи.
  • Тестирование форм против форм.
  • Лицовая форма против другой формы.
  • Broadphase только проверяет, чтобы быстро определить, какие объекты могут пересекаться.
• Датчики (триггерные объемы).
• Анимированные тряпки:
  • Твердый ключ (кинематические только жесткие тела).
  • Мягкий ключ (установка скоростей на динамических жестких тела).
  • Движение моторов ограничений на анимированную позу.
  • Картирование скелета с высокой детализацией (анимация) на скелете с низкой детализацией (Ragdoll) и наоборот.
• Игровое моделирование персонажа (капсула)
  • Жесткий характер тела. Двигается во время физического моделирования. Самый дешевый вариант и самый точный ответ на столкновение между характером и динамическими телами.
  • Виртуальный персонаж. Не имеет твердого тела в симуляции, но имитирует один, используя проверки столкновений. Обновлено за пределами обновления физики для большего контроля. Менее точное взаимодействие с динамическими телами.
• Транспортные средства
  • Колесные транспортные средства.
  • Отслеживаемые транспортные средства.
  • Мотоциклы.
• Мягкое моделирование тела (например, мягкий шар или кусок ткани).
  • Краевые ограничения.
  • Двудодные ограничения изгиба.
  • Тетраэдр объемные ограничения.
  • Ограничения прикрепления больших расстояний (также называемые Tethers).
  • Ограничение симуляции, чтобы оставаться в определенном диапазоне вершины с кожей.
  • Внутреннее давление.
  • Столкновение с моделируемыми жесткими телами.
  • Испытания на столкновение с мягкими телами.
• Расчеты водной плавучести.
• Дополнительный режим двойной точности, который позволяет большим мирам.

Поддерживаемые платформы

• Windows (рабочий стол или UWP) x86/x64/arm32/arm64
• Linux (протестирован на Ubuntu) x64/arm64
• FreeBSD
• Android X86/X64/ARM32/ARM64
• Платформа Blue (популярная игровая консоль) x64
• MacOS X64/ARM64
• iOS X64/ARM64
• Msys2 mingw64
• Webassembly, см. Этот отдельный проект.

Требуемые функции процессора

• На x86/x64 минимальные требования являются SSE2. Библиотека может быть составлена ​​с использованием SSE4.1, SSE4.2, AVX, AVX2 или AVX512.
• На ARM64 библиотека использует Neon и FP16. На ARM32 он может быть составлен без каких -либо специальных инструкций процессора.

Документация

Чтобы узнать больше о Jolt, перейдите к последней архитектуре и документации API. Документация для конкретного выпуска также доступна.

Чтобы начать, посмотрите на пример Helloworld. Пример Helloworld с использованием Cmake FetchContent также доступен, чтобы показать, как вы можете интегрировать физику Jolt в проект Cmake.

Некоторые алгоритмы, используемые JOLT, подробно описаны в моем GDC 2022 Talk: Архитирование физики JOLT для «Запретного Запада горизонта» (слайды, слайды с нотами динамика, видео).

Компиляция

• Компиляции с Visual Studio 2019+, Clang 10+ или GCC 9+.
• Использует C ++ 17.
• Зависит только от стандартной библиотеки шаблонов.
• Не использует RTTI.
• Не использует исключения.

Если вы хотите запустить на платформе Blue, вам нужно предоставить свою собственную среду сборки и Platformblue.h из -за требований NDA. Этот файл доступен на платформе Blue Developer Forum.

Для инструкций по сборке перейдите в раздел сборки. При обновлении из более старой версии библиотеки перейдите в разделы Notes Release или API.

Производительность

Если вы заинтересованы в том, как Jolt масштабируется с несколькими процессорами и сравнивается с другими физическими двигателями, посмотрите на этот документ.

Структура папки

• Активы - Эта папка содержит активы, используемые TestFramework, образцы и JoltViewer.
• Build - содержит все необходимое для построения библиотеки, см. Раздел сборки.
• Документы - содержит документацию для библиотеки.
• Helloworld - простое приложение, демонстрирующее, как использовать библиотеку физики Jolt.
• Jolt - весь исходный код для библиотеки находится в этой папке.
• JoltViewer - Можно записать вывод физического двигателя, используя класс DeBugRenderErcorder (файл .JOR), эта папка содержит исходный код для приложения, которое может визуализировать запись. Это полезно для, например, визуализации вывода производительности с разных платформ. В настоящее время доступно только в Windows.
• PerformanceTest - содержит простое приложение, которое запускает тест на производительность и собирает информацию о времени.
• Образцы - это содержит применение образца, см. Раздел образцов. В настоящее время доступно только в Windows.
• Testframework - структура рендеринга для визуализации результатов физического двигателя. Используется образцами и JoltViewer. В настоящее время доступно только в Windows.
• Университеты - набор модульных тестов для проверки поведения физического двигателя.
• Webincludes - ряд ресурсов JavaScript, используемых в рамках внутреннего профилирования двигателя физики.

Привязки для других языков

• C здесь и здесь
• C#
• Ява
• JavaScript
• Zig

Интеграции в других двигателях

• Годо
• Двигатель источника

Смотрите список проектов, которые используют физику Jolt здесь.

Лицензия

Проект распределен по лицензии MIT.

Вклад

Все взносы приветствуются! Если вы собираетесь внести большие изменения, пожалуйста, обсудите сначала в разделе обсуждения GitHub. Для нетривиальных изменений мы требуем, чтобы вы согласились с соглашением участника. Когда вы создаете PR, CLA Assistant побуждает вас подписать его.