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第39课 |
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物理模拟简介:
还记得高中的物理吧,直线运动,自由落体运动,弹簧。在这一课里,我们将创造这一切。 |
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物理模拟介绍
如果你很熟悉物理规律,并且想实现它,这篇文章很适合你。
在这篇教程里,你会创建一个非常简单的物理引擎,我们将创建以下类: 内容:
位置类 |
* class Vector3D |
---> |
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力和运动 |
* class Mass |
---> |
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模拟类 |
* class Simulation |
---> |
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模拟匀速运动 |
* class ConstantVelocity : public Simulation |
---> |
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模拟在力的作用下运动 |
* class MotionUnderGravitation : public Simulation |
---> |
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* class MassConnectedWithSpring : public Simulation |
---> |
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class Mass
{
public:
float m;
Vector3D pos;
Vector3D vel;
Vector3D force;
Mass(float m)
{
this->m = m;
}
...
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下面的代码给物体增加一个力,在初始时这个力为0
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void applyForce(Vector3D force)
{
this->force += force;
}
void init()
{
force.x = 0;
force.y = 0;
force.z = 0;
}
...
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下面的步骤完成一个模拟:
1.设置力
2.应用外力
3.根据力的时间,计算物体的位置和速度
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void simulate(float dt)
{
vel += (force / m) * dt;
pos += vel * dt;
}
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模拟类怎样运作:
在一个物理模拟中,我们按以下规律进行模拟,设置力,更新物体的位置和速度,按时间一次又一次的进行模拟。下面是它的实现代码: |
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class Simulation
{
public:
int numOfMasses;
Mass** masses;
Simulation(int numOfMasses, float m)
{
this->numOfMasses = numOfMasses;
masses = new Mass*[numOfMasses];
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
masses[a] = new Mass(m);
}
virtual void release()
{
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
{
delete(masses[a]);
masses[a] = NULL;
}
delete(masses);
masses = NULL;
}
Mass* getMass(int index)
{
if (index < 0 || index >= numOfMasses)
return NULL;
return masses[index];
}
...
(class Simulation continued)
virtual void init()
{
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
masses[a]->init();
}
virtual void solve()
{
}
virtual void simulate(float dt)
{
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
masses[a]->simulate(dt);
}
...
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整个模拟的部分被封装到下面的函数中 |
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(class Simulation continued)
virtual void operate(float dt)
{
init();
solve();
simulate(dt);
}
};
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现在我们已经有了一个简单的物理模拟引擎了,它包含有物体和模拟两个类,下面我们基于它们创建三个具体的模拟对象:
在程序中控制一个模拟对象:
在我们写一个具体的模拟类之前,让我们看看如何在程序中模拟一个对象,在这个教程里,模拟引擎和操作模拟的程序在两个文件里,在程序中我们使用如下的函数,操作模拟:
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void Update (DWORD milliseconds)
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这个函数在每一帧的开始更新,参数为相隔的时间。 |
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void Update (DWORD milliseconds)
{
...
...
...
float dt = milliseconds / 1000.0f;
dt /= slowMotionRatio;
timeElapsed += dt;
...
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在下面的代码中,我们定义一个处理间隔,没隔这么长时间,让物理引擎模拟一次。 |
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...
float maxPossible_dt = 0.1f;
int numOfIterations = (int)(dt / maxPossible_dt) + 1;
if (numOfIterations != 0)
dt = dt / numOfIterations;
for (int a = 0; a < numOfIterations; ++a)
{
constantVelocity->operate(dt);
motionUnderGravitation->operate(dt);
massConnectedWithSpring->operate(dt);
}
}
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下面让我们来写着两个具体的模拟类:
1. 具有恒定速度的物体 * class ConstantVelocity : public Simulation --->
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class ConstantVelocity : public Simulation
{
public:
ConstantVelocity() : Simulation(1, 1.0f)
{
masses[0]->pos = Vector3D(0.0f, 0.0f, 0.0f);
masses[0]->vel = Vector3D(1.0f, 0.0f, 0.0f);
}
};
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下面我们来创建一个具有恒定加速的物体:
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class MotionUnderGravitation : public Simulation
{
Vector3D gravitation;
MotionUnderGravitation(Vector3D gravitation) : Simulation(1, 1.0f)
{
this->gravitation = gravitation;
masses[0]->pos = Vector3D(-10.0f, 0.0f, 0.0f);
masses[0]->vel = Vector3D(10.0f, 15.0f, 0.0f);
}
...
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下面的函数设置施加给物体的力 |
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virtual void solve()
{
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
masses[a]->applyForce(gravitation * masses[a]->m);
}
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下面的类创建一个受到与距离成正比的力的物体: |
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class MassConnectedWithSpring : public Simulation
{
public:
float springConstant;
Vector3D connectionPos;
MassConnectedWithSpring(float springConstant) : Simulation(1, 1.0f)
{
this->springConstant = springConstant;
connectionPos = Vector3D(0.0f, -5.0f, 0.0f);
masses[0]->pos = connectionPos + Vector3D(10.0f, 0.0f, 0.0f);
masses[0]->vel = Vector3D(0.0f, 0.0f, 0.0f);
}
...
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下面的函数设置当前物体所受到的力: |
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virtual void solve()
{
for (int a = 0; a < numOfMasses; ++a)
{
Vector3D springVector = masses[a]->pos - connectionPos;
masses[a]->applyForce(-springVector * springConstant);
}
}
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好了上面就是一个简单的物理模拟,希望你能喜欢:)
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引子
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