三维游戏引擎中物理引擎关键技术的研究

摘要

游戏引擎是一个处理游戏底层技术的平台。使用游戏引擎，游戏开发人员可以集中精力处理游戏的设计，忽略游戏的系统架构、内存管理、图形图像的渲染绘制、物理碰撞检测等一些底层技术。物理引擎是游戏引擎中的子模块，它根据牛顿力学定律，计算游戏中物体的合理的物理位置，并将计算结果提供给渲染引擎，从而向使用者展示出真实性的渲染效果。物理引擎的核心是碰撞检测算法。本文对开源游戏引擎Nebula2进行深入研究，分析其系统架构及主要模块功能作用；并对开源的物理引擎ODE进行分析；研究常用的碰撞检测算法：AABB、OBB、k-dop等，进而在游戏引擎以及物理引擎技术方面做了一些有益的研究。 ⑴.分析了对比几种常用碰撞检测算法：AABB、OBB、k-dop，在此基础上，对AABB算法进行了改进，提高了其碰撞检测的效率。 ⑵.构建了通用游戏引擎的架构；参考现有的开源游戏引擎Nebula2，根据分层思想，自底向上搭建了通用游戏引擎系统的架构，并设计各层的基本模块；归纳物理引擎的功能，在此基础上设计了具备刚体和柔体的统一物理引擎的基本架构。 ⑶.设计了一个柔性物体物理模型；在研究常用的水面模拟方法和布料模拟方法的基础上，建立质子-刚性杆的物理模型，用来进行水面和布料的模拟；并以此为柔体世界的基本模型，完成了统一物理引擎的详细设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2游戏引擎在国内外的发展现状

1.3研究内容和创新点

1.4本文组织结构

第二章相关研究理论基础

2.1游戏引擎的发展及其现状

2.1.1游戏引擎的概念及其组成

2.1.2游戏引擎的发展历程

2.1.3游戏引擎的现状

2.2碰撞检测算法分类

2.2.1碰撞检测的时间域分类

2.2.2碰撞检测的空间域分类

2.3常用碰撞检测算法介绍

2.3.1 AABB层次包围盒树的碰撞检测算法

2.3.2 OBB层次包围盒树的碰撞检测算法

2.3.3 k-dop层次包围盒树的碰撞检测算法

2.4柔体模拟的相关研究基础

2.4.1柔软织物的模拟

2.4.2水面模拟

2.5本章小结

第三章基于AABB的碰撞检测优化算法

3.1碰撞检测算法的一般框架

3.2基于AABB的碰撞检测优化算法

3.3详细算法介绍

3.3.1 AABB树的构造、相交测试

3.3.2基本几何元素的相交测试

3.4实验方案及结果

3.5本章小结

第四章游戏引擎与物理引擎架构设计

4.1游戏引擎的总体架构

4.2游戏引擎各层具体架构

4.2.1基础层具体模块

4.2.2资源层具体模块

4.2.3系统层具体模块

4.2.4核心层具体设计

4.3物理引擎基本功能

4.4物理引擎的基本架构

4.5本章小结

第五章物理引擎详细设计

5.1柔体模拟物理模型

5.1.1柔体力学模型

5.1.2模型受力分析

5.2物理学世界的详细设计

5.2.1基本数据类型

5.2.2刚体物理学世界详细设计

5.2.3柔体物理学世界详细设计

5.3碰撞检测模块设计

5.3.1碰撞检测基本概念

5.3.2初步碰撞检测模块设计

5.3.3逐步求精模块设计

5.3.4精确求交模块设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2将来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢