Simulation and Game Physics
Simulations und Spiele Physik

von Christian Herta


Computer Spiele erhalten oft erst ein realistisches Look and Feel durch eine wirklichkeitsnahe physikalische Simulation. Hier ist es besonders wichtig, dass die Algorithmen schnell sind, um in Echtzeit die Welt nachahmen zu können.
Verwandt zu dieser Anwendung ist der Gebrauch von Physik für Animationsszenen in Filmen und in der Computergraphik.
Ein weiteres Anwendungsgebiet schneller physikalischer Simulation ist die Robotik. Hier können Bewegungsalgorithmen und KI erst am Computer getestet werden, bevor sie in der realen Welt zum Einsatz kommen.

Man unterscheidet bei der Gamephysik verschiedene Arten von Simulationen:

Dynamik starrer Körper
Rigid Body Dynamics

Die Simulation der freien Bewegung starrer Körper ist relativ einfach nach den Bewegungsgleichungen der Physik durchführbar.
Die besondere Schwierigkeit ist die Kollision von Objekten wirklichkeitsnah nachzuahmen. Besonders, wenn etliche Objekte zeitgleich miteinander zusammenstoßen.
Es existieren verschiedene Herangehensweisen, um solche Kontakte zwischen den Körpern mit Reibung zu simulieren. Die Verbreitesteten sind: Impulse-basierte Methoden, Constraint-basierte Methoden und Penealty-basierte Methoden.

Vorlesungsfolien

Game Physik (Vorlesungsfolien)
Meine Vorlesung gehalten im Rahmen des Game Development Seminars (23.11.04) an der Technischen Fachhochschule Berlin. Die Behandlung von Kontakten wird hier mit der Impulse-basierten Methode beschrieben.

Links

Tutorials

An Introduction to Physically Based Modeling
Differential Equation Basics - Particle System Dynamics - Energy Functions and Stiffness - - Continuum Dynamics - Constrained Dynamics - Rigid Body Dynamics I - Rigid Body Dynamics II

Physically Based Modeling
Introduction - Differential Equation Basics - Particle Dynamics - Implicit Methods - Cloth and Fur Energy Functions - Rigid Body Dynamics - - Constrained Dynamics - Collision and Contact

Rigid Body Dynamics

Post-Stabilization for Rigid Body Simulation with Contact and Constraints with a brief but complete description of LCP-based formulations of rigid body contact mechanics (constraint-based methods).

Human Hand Model based on Ridid Body Dynamics
Despite of the title, it is mainly a description of the dynamics of rigid bodys, joints and constraints. The game physics engine ODE use the models described therein.

Game Physics Engines - Physics libraries

Open Source :

ODE Game Physics Engine

OpenTissue Open-source Library for Physics-based Animation - A low level application programming interface (API)

Kommerziell:

Havok

Tokamak

Meqon

Karma - Renderware

Newton

PhysX (früher Novodex)

Character Physics

Practical Physics for Articulated Characters

Simulation von Ketten, Seilen etc.

Rope Simulation

Simulated Knot Tying

Exploring Spring Models

Simulation von Kleidung, Stoffen etc.

Devil in the Blue-Faceted Dress: Real-Time Cloth Animation

Large Steps in Cloth Simulation

Cloth: http://freespace.virgin.net/hugo.elias/models/m_cloth.htm

Efficient cloth model and collisions detection for dressing

Fast Cloth Animation on Walking Avatars

Robust Treatment of Collisions, Contact and Friction for Cloth Animation

Mehr Links zu Cloth-Simulation

Particle Systems - Modelling of Liquids, Fire, Clouds etc.

Particle Systems - A Technique for Modeling a Class of Fuzzy Objects

Physically-Based Fluid Modeling using Smoothed Particle Hydrodynamics

Bücher