Физический движок, physics engine — компьютерная программа, которая производит симуляцию физических законов реального мира в виртуальном мире с той или иной степенью аппроксимации. Чаще всего физические движки используются не как отдельные самостоятельные программные продукты, а как составные компоненты (подпрограммы) других программ.
Все физические движки условно делятся на два типа: игровые и научные.
Первый тип используется в компьютерных играх как компонент игрового движка. В этом случае он должен работать в режиме реального времени, то есть воспроизводить физические процессы в игре с той же самой скоростью, в которой они происходят в реальном мире. Вместе с тем от игрового физического движка не требуется точности вычислений. Главное требование — визуальная реалистичность, — и для его достижения не обязательно проводить точную симуляцию. Поэтому в играх используются очень сильные аппроксимации, приближенные модели и другие программные “трюки”.
Научные физические движки используются в научно-исследовательских расчётах и симуляциях, где крайне важна именно физическая точность вычислений. Вместе с тем скорость вычислений не играет существенной роли.
Современные физические движки симулируют не все физические законы реального мира, а лишь некоторые, причём с течением времени и прогресса в области информационных технологий и вычислительной техники список “поддерживаемых” законов увеличивается. На начало 2010 года физические движки могут симулировать следующие физические явления и состояния:
динамика абсолютно твёрдого тела
динамика деформируемого тела
динамика жидкостей
динамика газов
поведение тканей
поведение верёвок (тросы, канаты и т.д.)
В августе 2009 года англоязычный журнал Game Developer (англ.), посвящённый разработке компьютерных игр, опубликовал статью о современных игровых движках и их использовании. Согласно данным журнала, наиболее популярным среди разработчиков является движок nVidia PhysX, который занимает 26,8% рынка. На втором месте находится Havok, который занимает 22,7% рынка. Третье место принадлежит движку Bullet Physics Library (10,3%), а четвёртое — Open Dynamics Engine (4,1%).
Физический движок позволяет создать некое виртуальное пространство, которое можно наполнить телами (виртуальными статическими и динамическими объектами), и указать для него некие общие законы взаимодействия тел и среды, в той или иной мере приближенные к физическим, задавая при этом характер и степень взаимодействий (импульсы, силы, и т. д). Собственно расчёт взаимодействия тел движок и берёт на себя. Когда простого набора объектов, взаимодействующих по определённым законам в виртуальном пространстве, недостаточно в силу неполного приближения физической модели к реальной, возможно добавлять (к телам) связи. Рассчитывая взаимодействие тел между собой и со средой, физический движок приближает физическую модель получаемой системы к реальной, передавая уточнённые геометрические данные средству отображения (рендереру
).
Тело
Тело (англ. body) — объект игровой физики, который определяется:
его формой (есть простые формы: шар, куб, цилиндр; есть сложные формы, набор которых в разных движках может различаться);
неким набором параметров (масса, упругость, коэффициент трения, инертность по осям).
Связь
Связь (соединение; англ. joint) — ограничения объектов игровой физики, каждое из которых может накладываться на одно или два тела.
[править]
Взаимодействие
Как правило, физический движок и решает проблему взаимодействия тел. Тем не менее, может появиться необходимость использования собственного алгоритма взаимодействия, и, как правило, движки предоставляют такую возможность.
Известные физические движки
Игровые проприетарные
Havok
— некогда самый популярный и распространённый физический движок, используемый в более чем в 100 играх. На данный момент немного уступил своему конкуренту;
PhysX
— основной конкурент Havok, единственный в мире физический движок, имеющий аппаратную поддержку (см. Физический процессор). Покупка Ageia компанией nVidia привела к переименованию движка в nVidia PhysX. На данный момент PhysX занимает первое место по популярности среди физических движков;
Digital Molecular Matter
Игровые свободные
Bullet Physics Library — самый популярный на данный момент свободный физический движок;
Open Dynamics Engine — второй по популярности среди свободных физических движков;
Tokamak — физический движок с открытым исходным кодом.
Newton Game Dynamics — изначально проприетарный, а с февраля 2011 года — свободный физический движок.
Ныне несуществующие
NovodeX — физический движок, приобретённый компанией Ageia и преобразованный в PhysX.
Meqon — физический движок, приобретённый компанией Ageia и интегрированный в состав её движка PhysX.
Ipion Virtual Physics — физический движок, приобретённый компанией Havok и интегрированный в состав её движка Havok Physics;
Karma — коммерческий движок от ныне закрытой компании MathEngine, интегрирован в Unreal Engine 2.0/2.5.
Другие
Open Physics Initiative — проект, инициированный компаниями AMD и Pixelux Entertainment по объединению Bullet Physics Library и Digital Molecular Matter, добавлении в новообразованный продукт поддержки OpenCL и DirectCompute и оптимизации результирующего движка для выполнения на графических процессорах Radeon.
Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
