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, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
