bullet学习日记

最近需要bullet用物理引擎做一个测量类的项目，因为半途接手，物理部分其实已经实现，但犹于对bullet基本不了解，导致相关部分完全改不动，这两天静下心来把物理引擎用法了解了一翻，顺便做点笔记，以便以后回头看rep，提高类似工作的效率。

因为英文水平并不高，基本上搜索中文资料，然鹅真正专业的都是英文，并且看不太懂。两种学习方式里，感觉自己比较适合从上端往下学习的方式（即直接从demo代码开始了解其功能，一点一点了解。另外一种从下端往上端学习的方式是从文档入手，看完再开始看demo写代码）。直接看文档，太过抽象。

 

一、

一开始我对物理引擎的实现没有认识，在心中构思物理引擎的实现方式，主要有两种方式：一种是他有一个类，我们继承它，便具备了物理特性，一种是它是一个库，我们使用他提供的方法来计算我们的数据。

然而开始了解之后，才发现比较接近第二种想法。真实的是他通过宏选择模块，项目中引用相关文件，然后便可以实例相关类，并使用相关方法。

----->

这一部分是在我对使用Bullet有了应用上的认识之后写的：

bullet像很多仿真系统一样，

先需要你按它的要求但创建一个仿真环境，包括地百等；

然后向其中添加你要仿真的对象以及其属性，如电路仿真是电路元件模型，而这里则是刚体，软体等模型；

然后便可以开始仿真了，即调用它提供的开始接口，参数通常会是一个时间，他返回该时间后对象的状态，即运算结果。

通过对bullet的了解过程，这里做个小总结，基本上从了解如何创建仿真环境开始，稍后是如何向其中添加仿真元素，最后是他的交互过程，即如何仿真并向用户反馈结果。

但是在应用时，我希望能直接使用他内部的检测算法，或者中间产物，而不直接使用的运算结果，因为我并非需要他的结果，而是只需要它帮助计算碰撞是否已习惯以发生，或者发生碰撞的位置等。所以还需要继续了解，以使能灵活的使用大牛的资源。20190814

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二、

具体基本流程如下：这是网上找到的一篇较为清晰易懂的适合初学者的文章，希望对同是初识者的你有所帮助。

Bullet教程: Hello World 实例

  

更多信息请关注 物理引擎中文社区http://www.physicsengine.org

这篇文章里我们将尽可能简单的向你展示怎么使用Bullet, 怎样初始化Bullet, 设置一个动力学世界, 还有一个球落向地表 这个对鉴别你的build是否成功非常有用并且也能够让你快速的学习到Bullet的API. 首先，我们假设你的Bullet已经正确安装并且正确设置了Bullet的include路径(例如. /usr/local/include/bullet) 确保能连接到正确的lib. 否则请参阅Installation安装. 如果你用的是gcc来编译，请确保你的静态库反序,就是说. dynamics, collision, math.

 

初始化程序

以一个标准的hello world程序开始:

 

1.  
   #include <iostream>
2.  
   int main ()
3.  
   {
4.  
   std::cout << "Hello World!" << std::endl;
5.  
   return 0;
6.  
   }

 

创建世界

现在我们要添加一个子弹（Bullet）模拟. 首先写入以下语句:

#include <btBulletDynamicsCommon.h>

我们想把btDiscreteDynamicsWorld 实例化但是在做此之前我们还需要解决一些其他事情. 对于一个“hello world”例子来说它太复杂我们并不需要. 但是，为了能更符合我们自己的工程, 他们可以用来微调（fine-tuning）模拟环境.

我们需要指出使用什么样的 Broadphase algorithm（宽相算法）. 选择什么样的泛型算法很总要，如果有许多刚体在绘制场景里, since it has to somehow check every pair which when implemented naively(天真) is an O(n^2) problem.

宽相（broadphase）使用 传统的近似物体形状并且被称之为代理.我们需要提前告诉子弹最大的代理数, 所以才能很好的分配内存避免浪费. 下面就是世界里任何时候的最大刚体数.

int maxProxies = 1024;

一些 broadphases 使用特殊的结构要求世界的尺度提前被告知, 就像我们现在遇到的情况一样. 该broadphase可能开始严重故障，如果离开这个物体体积. 因为 the AxisSweep broadphase quantizes 空间基于我们使用的整个空间的大小, 您想这差不多等于你的世界.

使它小于你的世界将导致重大问题, 使它大于你的世界将导致低劣的性能.这是你程序调整的一个简单部分, 所以为了确保数字的正确多花点时间也不防.

在这个例子中，世界从起点开始延伸10公里远。

 

1.  
   btVector3 worldAabbMin(-10000,-10000,-10000);
2.  
   btVector3 worldAabbMax(10000,10000,10000);

 

这个broadphase是我们将要使用的, 这个执行的是扫描和裁剪, 这里可以看到更多解释Broadphase .

 

btAxisSweep3* broadphase = new btAxisSweep3(worldAabbMin,worldAabbMax,maxProxies);

 

该broadphase是一个极好的空间以消除不应碰撞的成队物体. 这是为了提高运行效率.

您可以使用碰撞调度注册一个回调，过滤器重置broadphase代理，使碰撞系统不处理系统的其它无用部分

. 更多信息请看 Collision Things.

碰撞配置可以让你微调算法用于全部（而不是不是broadphase ）碰撞检测。这个方面现在还属于研究阶段

 

1.  
   btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();
2.  
   btCollisionDispatcher* dispatcher = new btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);

 

 

我们还需要一个"solver". 这是什么原因导致物体进行互动得当，考虑到重力，游戏逻辑等的影响，碰撞，会被制约。

它工作的很好，只要你不把它推向极端，对于在任何高性能仿真都有瓶颈有一些相似的可以线程模型：

 

btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver;

 

终于我们可以初始化了世界了:

 

btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld = new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher,broadphase,solver,collisionConfiguration);

 

很明显我们把重力方向设置成了Y轴的负方向，即Y轴是像上的

 

dynamicsWorld->setGravity(btVector3(0,-10,0));

 

子弹的政策是“谁分配，也删除” 记住，必须符合这样的结果

在main()后记的删除.

我们提供了一个通用的结果. 代码如下:

 

1.  
   #include <btBulletDynamicsCommon.h>
2.  
   #include <iostream>
3.  
    
4.  
   int main () {
5.  
   std::cout << "Hello World!" << std::endl;
6.  
    
7.  
   // Build the broadphase
8.  
   int maxProxies = 1024;
9.  
   btVector3 worldAabbMin(-10000,-10000,-10000);
10.  
    btVector3 worldAabbMax(10000,10000,10000);
11.  
    btAxisSweep3* broadphase = new btAxisSweep3(worldAabbMin,worldAabbMax,maxProxies);
12.  
     
13.  
    // 设置好碰撞属性 和调度
14.  
    btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();
15.  
    btCollisionDispatcher* dispatcher = new btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);
16.  
     
17.  
    // 实际上的物理模拟器
18.  
    btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver;
19.  
     
20.  
    // 世界.
21.  
    btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld = new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher,broadphase,solver,collisionConfiguration);
22.  
     
23.  
    // 这里做一些你想做的事
24.  
     
25.  
    // 作为一个好的编程习惯 做好删除工作
26.  
    delete dynamicsWorld;
27.  
    delete solver;
28.  
    delete dispatcher;
29.  
    delete collisionConfiguration;
30.  
    delete broadphase;
31.  
     
32.  
    return 0;
33.  
    }

 

 

碰撞包围体

我们将创造一个接地平面[静态刚体] ，和一个球体，将属于在地上[动态刚体] 。每个刚体需要参考碰撞包围体. 碰撞包围体只解决碰撞检测问题, 因此没有质量，惯性，恢复原状等概念. 如果您有许多代理，使用相同的碰撞形状[例如每飞船模拟是一个5单元半径范围]。这是个好做法，只有一个子弹形状的碰撞，并分享它在所有这些代理. 但是我们这里的两个刚体形状都不一样，所以他们需要各自的shape.

地面通常是向上的并且里原始点1米的样子. 地面会和远点交叉，但子弹不允许这样做,

因此，我们将抵消它的1米和用来弥补，当我们把刚体设置好以后。

 

btCollisionShape* groundShape = new btStaticPlaneShape(btVector3(0,1,0),1);

 

我们将让它从天上掉下来，它是一个球体，半径为1米.

 

btCollisionShape* fallShape = new btSphereShape(1);

 

 

这里需要做碰撞形状的清理工作.

 

刚体

在，我们可以添加形状的碰撞到我们的现场，并将它们定位.

让我们先初始化地面. 它的方向是特定的, 子弹的四元数形式 x,y,z,w . 位置在地面下一米, 将要补充一米我们不得不做的. 运动状态在这里可以得到详细的说明:MotionStates

 

1.  
   btDefaultMotionState* groundMotionState =
2.  
   new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0,0,0,1),btVector3(0,-1,0)));

 

 

在第一个和最后一个参数，在下面的构造函数中是质量和地表的惯性. 由于地面是静止的所以我们把它设置成0. 固定不动的物体，质量为0 -他是固定的.

 

1.  
   btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo
2.  
   groundRigidBodyCI(0,groundMotionState,groundShape,btVector3(0,0,0));
3.  
   btRigidBody* groundRigidBody = new btRigidBody(groundRigidBodyCI);

 

最后我们把地面加到世界中:

 

dynamicsWorld->addRigidBody(groundRigidBody);

 

新增下跌领域非常相似。我们将其置于50米以上的地面.

 

btDefaultMotionState* fallMotionState = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0,0,0,1),btVector3(0,50,0)));

 

由于它是动态刚体，我们将给予质量1公斤。我不记得如何计算一个球体的惯性，但是，这并不重要，因为子弹提供它的实现

 

1.  
   btScalar mass = 1;
2.  
   btVector3 fallInertia(0,0,0);
3.  
   fallShape->calculateLocalInertia(mass,fallInertia);

 

 

现在，我们可以建造刚体只是像以前一样，并把它加到世界中:

 

1.  
   btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo fallRigidBodyCI(mass,fallMotionState,fallShape,fallInertia);
2.  
   btRigidBody* fallRigidBody = new btRigidBody(fallRigidBodyCI);
3.  
   dynamicsWorld->addRigidBody(fallRigidBody);

 

 

一个快速的解释btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo是为了; 物体的构建是通过某些参数的. 这是通过一个特殊的结构实现的。 该部分的btRigidBodyConstructionInfo被复制到物体当你建造的时候，并只用于在初始化的时候. 如果你想创建几千个属性一样的物体, 你只需要建立一个btRigidBodyConstructionInfo, 并通过它创建所有的.

 

开始模拟

这就是有趣的开始。我们会加强模拟200倍，间隔60赫兹. 这使它有足够的时间降落的地面上. 每一步, 我们都会打印出它离地面的高度.

这stepSimulation 在做你所期待, 不过他的接口确实很复杂. 读Stepping The World 以获得更多消息.

进后，我们审查的状态下降领域.位置和方向都封装在btTranform对象，我们摘录下降领域的运动状态. 我们只关心位置，我们退出变换getOrigin （ ） 。然后，我们打印y组成部分的立场载体.

 

 

1.  
   for (int i=0 ; i<300 ; i++) {
2.  
    
3.  
   dynamicsWorld->stepSimulation(1/60.f,10);
4.  
    
5.  
   btTransform trans;
6.  
   fallRigidBody->getMotionState()->getWorldTransform(trans);
7.  
    
8.  
   std::cout << "sphere height: " << trans.getOrigin().getY() << std::endl;
9.  
   }

 

 

这应该产生一个输出看起来像这样的东西:

sphere height: 49.9917

        sphere height: 49.9833

        sphere height: 49.9722

        sphere height: 49.9583

        sphere height: 49.9417

        sphere height: 49.9222

        sphere height: 49.9

        ...

        sphere height: 1

        sphere height: 1

        sphere height: 1

        sphere height: 1

        sphere height: 1

看起来不错迄今。如果你图这对输出迭代次数，你就会得到这个:

 

这个球体开始于地表的一米处. 这是因为取的是几何中心并且它的半径为1米. 这个球刚开始会有一个大的反弹然后渐渐的减缓弹起高度.

这是可以预料的实时物理引擎，但它可以尽量减少，增加频率的模拟步骤

. 试试再说!

现在你可以把这个动态世界代入你的程序 实时绘制出这个球体. 也可以看看其他的 Collision Shapes . 试试一堆盒子 或者圆柱体然后用一个球去扔向他们.

 

完整代码

 

1.  
   #include <iostream>
2.  
    
3.  
   #include <btBulletDynamicsCommon.h>
4.  
    
5.  
   int main (void)
6.  
   {
7.  
    
8.  
   btVector3 worldAabbMin(-10000,-10000,-10000);
9.  
   btVector3 worldAabbMax(10000,10000,10000);
10.  
    int maxProxies = 1024;
11.  
    btAxisSweep3* broadphase = new btAxisSweep3(worldAabbMin,worldAabbMax,maxProxies);
12.  
     
13.  
    btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();
14.  
    btCollisionDispatcher* dispatcher = new btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);
15.  
     
16.  
    btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver;
17.  
     
18.  
    btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld = new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher,broadphase,solver,collisionConfiguration);
19.  
     
20.  
    dynamicsWorld->setGravity(btVector3(0,-10,0));
21.  
     
22.  
    btCollisionShape* groundShape = new btStaticPlaneShape(btVector3(0,1,0),1);
23.  
     
24.  
    btCollisionShape* fallShape = new btSphereShape(1);
25.  
     
26.  
    btDefaultMotionState* groundMotionState = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0,0,0,1),btVector3(0,-1,0)));
27.  
    btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo
28.  
    groundRigidBodyCI(0,groundMotionState,groundShape,btVector3(0,0,0));
29.  
    btRigidBody* groundRigidBody = new btRigidBody(groundRigidBodyCI);
30.  
    dynamicsWorld->addRigidBody(groundRigidBody);
31.  
     
32.  
    btDefaultMotionState* fallMotionState =
33.  
    new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0,0,0,1),btVector3(0,50,0)));
34.  
    btScalar mass = 1;
35.  
    btVector3 fallInertia(0,0,0);
36.  
    fallShape->calculateLocalInertia(mass,fallInertia);
37.  
    btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo fallRigidBodyCI(mass,fallMotionState,fallShape,fallInertia);
38.  
    btRigidBody* fallRigidBody = new btRigidBody(fallRigidBodyCI);
39.  
    dynamicsWorld->addRigidBody(fallRigidBody);
40.  
     
41.  
    for (int i=0 ; i<300 ; i++) {
42.  
    dynamicsWorld->stepSimulation(1/60.f,10);
43.  
     
44.  
    btTransform trans;
45.  
    fallRigidBody->getMotionState()->getWorldTransform(trans);
46.  
     
47.  
    std::cout << "sphere height: " << trans.getOrigin().getY() << std::endl;
48.  
    }
49.  
     
50.  
    dynamicsWorld->removeRigidBody(fallRigidBody);
51.  
    delete fallRigidBody->getMotionState();
52.  
    delete fallRigidBody;
53.  
     
54.  
    dynamicsWorld->removeRigidBody(groundRigidBody);
55.  
    delete groundRigidBody->getMotionState();
56.  
    delete groundRigidBody;
57.  
     
58.  
    delete fallShape;
59.  
     
60.  
    delete groundShape;
61.  
     
62.  
    delete dynamicsWorld;
63.  
    delete solver;
64.  
    delete collisionConfiguration;
65.  
    delete dispatcher;
66.  
    delete broadphase;
67.  
     
68.  
    return 0;
69.  
    }