Bullet 物理引擎中文文档.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.40M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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目录 1. 简介...........................................................................................................................................4 1.1. 类库描述.......................................................................................................................4 1.2. 2.74 版新添加的元素...................................................................................................4 1.3. 计划...............................................................................................................................4 1.4. 主要特性.......................................................................................................................4 1.5. 联系和支持...................................................................................................................4 2. 快速入门...................................................................................................................................4 3. 类库概述...................................................................................................................................5 3.1. 简介...............................................................................................................................5 3.2. 软件设计.......................................................................................................................5 3.3. 刚体物理管线...............................................................................................................5 3.4. 整体概貌.......................................................................................................................6 3.5. 基本数据类型和数学类库...........................................................................................6 3.6. 内存管理、分配和容器...............................................................................................7 3.7. 时间和性能分析...........................................................................................................8 3.8. 调试画图.......................................................................................................................8 4. Bullet 的碰撞检测....................................................................................................................8 4.1. 碰撞检测.......................................................................................................................8 4.2. 碰撞图形.......................................................................................................................9 4.3. 凸原始图元.................................................................................................................10 4.4. 复合图形.....................................................................................................................10 4.5. 凸核图形.....................................................................................................................10 4.6. 凹三角网格.................................................................................................................10 4.7. 凸分解.........................................................................................................................10 4.8. 高度场.........................................................................................................................10 4.9. Buttle 的静态平面（btStaticPlane）图形 .................................................................10 4.10. 碰撞图形缩放.........................................................................................................10 4.11. 碰撞边框.....................................................................................................................10 5. 碰撞过滤（选择碰撞）.........................................................................................................11 5.1. 用掩码来过滤碰撞.....................................................................................................11 5.2. 用初测阶段的回调过滤器来过滤碰撞.....................................................................12 5.3. 用细测阶段的 NearCallBack 来过滤碰撞 ................................................................13 5.4. 从 btCollisionDispatcher 派生你自己的类................................................................13 6. 刚体动力学.............................................................................................................................13 6.1. 简介.............................................................................................................................13 6.2. 静态、动态和运动学上的刚体.................................................................................13 6.3. 质心在虚拟世界中的变换.........................................................................................14 6.4. 什么是运动状态（MotionStates）............................................................................14 6.5. 插值.............................................................................................................................14 6.6. 如何使用 MothonStates..............................................................................................14 6.7. DefaultMotionState 介绍............................................................................................15 6.8. Ogre3D 的 MotionState 示例 .....................................................................................15 6.9. 运动体.........................................................................................................................16

6.10. 仿真帧和插值帧.....................................................................................................16 7. 约束.........................................................................................................................................17 7.1. 点对点约束.................................................................................................................17 7.2. 铰链约束.....................................................................................................................17 7.3. 滑动约束.....................................................................................................................18 7.4. 锥扭约束.....................................................................................................................18 7.5. 通用 6 自由度约束.....................................................................................................18 8.1. Action 接口.................................................................................................................19 8.2. 车辆投射.....................................................................................................................19 8.3. 角色控制器.................................................................................................................19 9. 软体动力学.............................................................................................................................19 9.1. 简介.............................................................................................................................19 9.2. 从三角网格创建软体.................................................................................................19 9.3. 碰撞集群.....................................................................................................................20 9.4. 给软体添加作用力.....................................................................................................20 9.5. 软体约束.....................................................................................................................20

1. 简介 1.1. 类库描述 Bullet 物理引擎是开源的，专业的集刚体、软体和碰撞检测于一身的动力学类库。在 Zlib 授权下用户可以免费用于商业开发。 1.2. 2.74 版新添加的元素 1.3. 计划 1.4. 主要特性 1）在 Zlib 授权中使用开源的 C++代码，可免费用于包括 PLAYSTATION 3, XBox 360, Wii, PC, Linux, Mac OSX and iPhone 平台的商业开发。 2）包括射线和凸扫测试在内的离散和连续碰撞检测，可检测的碰撞物体形状包括凹凸网格和所有的基本形状。 3）快速和稳定的刚体动力约束和求解、动态车辆、人物控制和滑动器、铰链、普通的 6 自由度和针对碎布木偶的圆锥和扭曲约束。 4）软体动力学方面可用于布料、绳子和双向变容的刚体，包括约束支持。 5） Maya 动态插件，集成 Blender 渲染器，支持 COLLADA 格式导入导出。 1.5. 联系和支持 1）公开的帮助和回馈论坛 http://bulletphysics.com 2） PS3 合法的开发用户可以从 https://ps3.scedev.net/projects/spubullet 下载到用于 Cell SPU 的优化版本 2. 快速入门 1）下载 Windows 平台的开发者可以从 http://bulletphysics.com 下载到 BulletZIPPED 格式的源代码。 MacOSX、Linux 和其他平台的开发者可以下载到 GZIPPED TAR 格式的压缩包。 2）生成 Bullet 能在所有的平台编译，并且包含了所有的依赖项。 Windows Visual Studio 平台的所有项目文件都在 Bullet/msvc 文件夹中，主要的解决方案在 Bullet/msvc/8/wksbullet.sln 中。 3）测试示例可以尝试着以运行体验 Demos/AllBulletDemos 来作为学习使用 Bullet 的起点。Bullet 可以用于一下几个方面，完整刚体模拟，碰撞检测类库和（low level snippets such as GJK closest point calculation. ）。这方面的帮助支持可以在 Directories 下的 doxygen documentation 中找到。 4）集成到应用程序仔细研究 CcdPhysicsDemo 项目中是如何创建一个 btDiscreteDynamicsWorld， btCollisionShape,btMotionState 和 btRigidBody。在动态世界中每帧调用 stepSimulation，同时动态世界能转换你的图形对象。前提条件： #include “btBulletDynamicsCommon.h “ 添加头文件路径 Bullet/Src 添加类库 libbulletdynamics, libbulletcollision, libbulletmath 5）只整合碰撞检测类库 Bullet 的碰撞检测也可以脱离 Dynamics/Extras 而单独使用，仔细研究起步的碰撞

接口示例，尤其是 CollisionWorld 这个课程。前提条件： #include “btBulletCollisionCommon.h” 添加路径 Bullet/src 添加类库 libbulletcollision, libbulletmath 6）只用切片？ 3. 类库概述 3.1. 简介物理引擎的主要任务是碰撞检测，解决碰撞和其他约束，更新虚拟世界中所有物体在世界中的变换。本章将会大体上介绍一下所有部分中共享的刚体动力学管道、基本数据类型和数学类序 3.2. 软件设计 Bullet 是定制式和模块化开发的。开发者可以按如下方式自由使用 1）只使用碰撞检测组件 2）使用刚体动力学组件而不使用软体动力学组件 3）以众多方式使用类库的一部分和扩展类库 4）选个单精度或者双精度版本的类库 5） use a custom memory allocator, hook up own performance profiler or debug drawer 主要组件的机构如下： 3.3. 刚体物理管线在介绍细节前，下图展示了在 Bullet 引擎动态管线中的主要的数据结构和计算阶段。管线从左到右执行，以接受重力作用开始，位置整合结束，然后更新物体在世界中的变换。

整个物理管线的计算过程和它的数据结构在 Bullet 的动态世界中完全展现出来。当在动态世界中执行 stepSimulation 时，所有上面的阶段都会执行。默认的动态世界实现是 btDiscreteDynamicsWorld。 Bullet 让开发者明确地选择动态世界的几个部分，如初测阶段（broadphase）碰撞检测，细测阶段（narrowphase）碰撞检测（分配器）和约束解决程序。 3.4. 整体概貌如果你想在你自己的 3D 程序中使用 Bullet，你最好按照 Bullet/Demos/HelloWorld 文件夹中 HelloWorld 中的步骤来。简单地说：创建一个 btDiscreteDynamicsWorld 或者 btSoftRigidDynamicsWorld 这写来自 btDynamicsWorld 的类提供了一个高水平管理动态物体和约束的接口，也实现了每帧更新所有物体状态的功能。创建 btRigidBody 然后添加到 btDynamicsWorld 要创建 btRigidBody 或者 btCollisionObject，你还要提供： 1）质量，动态移动的物体质量为正数，静态物体则为 0； 2）碰撞形状，想盒子、球体、圆锥体、三角网格、凸壳 3）材料的属性如摩擦系数和 restitution 每帧更新仿真情况 stepSimulation 在动态世界中调用 stepSimulation，btDiscreteDynamicsWorld 会自动通过插值取代小仿真 stepSimulation 来计算 timestep 变量，btDiscreteDynamicsWorld 使用内置的大小有 60Hertz 的 timestep 。stepSimulation 会进行碰撞检测和物理仿真，通过调用 btMotionState 的 setWorldTransform 来更新主动物体在世界中的变换。下一章将提到更多关于碰撞检测和刚体运动学的内容。许许多多的细节在 Bullet/Demos 都展示出来。如果你不能找到某个函数，请去 http://bulletphysics.com 论坛查询。 3.5. 基本数据类型和数学类库基本数据类型，内存管理和内存容器都保存在 Bullet/src/LinearMath 文件中。 btScalar btScalar 是 Bullet 中用来表示浮点数类型的词。为了能用当精度浮点数和双精度浮点数

编译类库，Bullet 在类库中使用 btScalar 数据类型代替浮点数类型。默认的 btScalar 是定义为 float，用户可以在自己创建的系统中或者在 Bullet/src/LinearMath/btScalar.h 文件头部定义 BT_USE_DOUBLE_PRECISION 来更改 btScalar 表示的类型。 btVector3 3D 的位置和向量都可以用 btVector3 来表示。btVector3 有 3 个 btScalar 类型的数据 x,y,z 变量组成。实际上它也有第四个因为定向和 SIMD 兼容的原因没有使用的变量 w。很多操作都很用在 btVector3 上，比如加法、减法和或获取向量长度。 btQuaternion 和 btMatrix3x3 btQuaternion 和 btMatrix3x3 都可以用来 3D 定向和旋转。 btTransform btTransform 是位置和方向的组合，点和方向可以用它进行坐标系转换。不允许进行裁剪和放大缩小。 Bullet 采用的是右手系坐标轴，如图： btTransformUtil 和 btAabbUtil 提供常用的函数来进行转换和 AABBs 3.6. 内存管理、分配和容器很多情况下数据是按 16 位分配的，比如在 CellSPU 中使用用 SIMD 或者 DMA 传输的时候。Bullet 提供默认的内存分配器来处理内存分配，用户也可以自由使用其他的内存分配器。 Bullet 中使用以下方法来分配内存： btAlignedAlloc，允许指定分配内存的大小并且和分配内存 btAlignedFree，释放由 btAlignedAlloc 分配的内存 btAlignedAllocSetCustom 当用户的分配器不支持内存分配的时候调用 btAligneAllocSetCustomAligned 可以用来设置用户自己的内存分配器用户可以选择下面的两个方法之一来覆盖默认的内存分配器：用户可以使用下面的宏来确保结构和类对象内存的自动分配：很多情况下我们都需要维护数组对象，开始的时候 Bullet 类库是用 STL std::vector 数据 ATTRIBUTE_ALIGNED16(type) variablename 创建一个 16 位的变量

结构给数组，但是为了可移植性和兼容性作者已经更换为使用自己的数组类了供数组排序、快速排序、堆排序的接口。 btAlignedObjectArray 和 std::vector 非常相似，它使用对齐分配器来保证分配，它还提为了使得微软的 Visual Studio 的调式器能监视到 btAlignedObjectArray 和 btVector3，请按照 Bullet/msvc/autoexp_ext.txt 中的指示去做。 3.7. 时间和性能分析为了找出性能瓶颈,Bullte 使用宏来进行分级性能测量 1）btClock 用微秒的精度来计算时间 2）BT_PROFILE(section_name)标识一个分析的开始 3）CProfileManager::dumpAll(); 将一个分级性能完全输出在控制台中，并调用后面的仿真步骤 4）CProfileIterator 遍历性能分析树的类当然也可以通过在 Bullet/src/LinearMath/btQuickProf.h 中定义#define BT_NO_PROFILE 1 来取消性能分析 3.8. 调试画图视觉调试仿真数据结构相当有用，例如它可以让你验证物理仿真数据和图形数据的吻合程度，也可以现实缩放比例问题，错误的约束帧和限制问题。 btIDebugDraw 是用于调试画图的接口，来源于用户实现的 drawLine 等其他方法。 4. Bullet 的碰撞检测 4.1. 碰撞检测 Bullet 的碰撞检测系统提供的算法和加速结构来进行最近点（距离和渗透）查询、射线检测和凸扫面检测，主要的数据结构如下： btCollisionObject：包含对象在世界中的变换情况和碰撞图形的对象 btCollisionShape：描述碰撞图形和碰撞对象，如盒子、球体、凸壳或者三角网格。一个简单的碰撞图形可以在很多的碰撞对象中共享使用 btGhostObject：一个特殊的 btCollisionObject，用来进行局部快速碰撞查询 btCollisionWorld：保存所有的 btCollisionObject 并且提供接口来进行查询碰撞图形在碰撞检测的初测阶段，Bullte 提供了基于重叠包围盒的加速结构去快速排除对象对（pairs of object）。Bullte 有几个不同的初测阶段的加速结构可以好使用：

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