Физическое моделирование

As the Engine has a variable framerate while the physics framerate is fixed, execution of physics calculations always adapts to the current situation.Поскольку движок имеет переменную частоту кадров, а частота кадров физики фиксирована, выполнение физических расчетов всегда адаптируется к текущей ситуации.

In case the Engine framerate drops below the physics framerate (which is a very rare case), some of the physics frames have no enough time for execution and become missed. The physics module keeps such missed frames in memory for a certain period (called Missed Frame Lifetime) and tries to execute them when the situation gets better (Engine FPS grows) or when the CPU is idle while waiting for GPU to complete rendering (if there is enough time). This is called catching up and helps avoiding "slow-motion" effect that occurs when physics frames are dropped off. In case of insufficient hardware capabilities missed frames are removed from the buffer as their lifetime expires and become lost forever.В случае, если частота кадров движка падает ниже частоты кадров физики (что бывает очень редко), некоторые кадры физики не успевают выполниться и пропускаются. Физический модуль хранит такие пропущенные кадры в памяти в течение определенного периода времени (называемого Missed Frame Lifetime) и пытается выполнить их, когда ситуация улучшается (рост FPS движка) или когда процессор простаивает во время ожидания завершения графическим процессором процесса рендеринга (если есть достаточно времени). Это называется сокращением отставания и помогает избежать эффекта «замедленного движения», который возникает, когда физические кадры пропадают. При недостаточных аппаратных возможностях пропущенные кадры удаляются из буфера по мере истечения срока их жизни и теряются навсегда.

Actual time of physics calcuations can go beyond the current budget as the ones performed while waiting for GPU are not taken into account. So the budget is not absolutely strict in this respect and can be exceeded if the CPU is idle.Фактическое время физических расчетов может выходить за пределы текущего бюджета поскольку те, которые выполняются во время ожидания GPU, не учитываются. Таким образом, бюджет в этом отношении не является абсолютно строгим и может быть превышен, если ЦП простаивает.

1. Before anything else, a spatial tree is updated, this is performed in the Main thread regardless of the current update mode. After we have the up-to-date data regarding how all objects with physical bodies are positioned, it would be safe to transform them or calculate collisions.В первую очередь обновляется пространственное дерево, это выполняется в главном потоке вне зависимости от текущего режима обновления. После того, как у нас будут актуальные данные о том, как расположены все объекты с физическими телами, можно будет безопасно преобразовать их или рассчитать столкновения.
2. C++ API Plugin updatePhysics() is called, if this function is implemented for the plugin.Вызывается updatePhysics() плагинов C++, если эта функция реализована для плагина.
3. Physics module calls the updatePhysics() of the world logic. Here you can call all functions that handle physics simulation and interactions (and not only that, see the details on updatePhysics() usage).Физический модуль вызывает updatePhysics() из world logic. Здесь вы можете вызвать все функции, которые обрабатывают физическое моделирование и взаимодействия (и не только это, см. подробности об использовании updatePhysics()).

After the script-based changes have been made (bodies with their shapes and joints were transformed according to game logic, physics-based callbacks were set, etc.), physics can be simulated.После того, как были выполнены изменения, реализованные в пользовательской логике (тела с их формами (shapes), а также сочленения (joints) были преобразованы в соответствии с игровой логикой, были установлены обратные вызовы физики и т.д.), можно приступать к моделированию физики.

1. All objects that have physical bodies are found within the Physical distance. They will be simulated during the current physics tick. Make sure that the physical distance in your UNIGINE-based application is not too small, because physical interactions beyond this limit are not simulated, so objects become frozen. However, even if at least one body belonging to an island is found within the physical distance, the whole island shall be simulated.Находятся все объекты, имеющие физические тела в пределах дистанции моделирования физики. Они будут обработаны в течение текущего кадра физики. Убедитесь, что дистанция моделирования в вашем UNIGINE-приложении не слишком мала, потому что физические взаимодействия за пределами этой области не моделируются, а объекты застывают. Однако, если хотя бы одно тело, принадлежащее острову находится в пределах области моделирования, то будет обработан весь остров.

   Примечание

   You can force to update nodes that are outside the Physical distance using addUpdateNode() function.Вы можете принудительно обновить ноды, которые находятся за пределами области моделирования физики, используя функцию addUpdateNode().

2. All collisions (shape-shape and shape-surface) along with contact points are found for all colliding bodies among the ones found at the previous step (i.e., intersecting or have the distance between them less than the value of penetration tolerance). Contact points are represented by their coordinates, normals, depth of shapes penetration, relative velocity (between two bodies), relative friction and restitution. So, here we collect all the data that is required to resolve collisions later.Находятся все столкновения (формы с формой и формы с поверхностью ) вместе с точками контакта для всех сталкивающихся тел из числа найденных на предыдущем шаге (т.е. пересекающихся или имеющих расстояние между ними меньше значения Penetration Tolerance). Точки контакта представлены их координатами, нормалями, глубиной проникновения коллизионных форм, относительной скоростью (между двумя телами), относительным трением и коэффициентом восстановления. Итак, здесь мы собираем все данные, которые потребуются для последующего решения коллизий.

   Примечание

   If a body is frozen and no contacts are found that would push it out of its frozen state with strong enough impulse, such body is not simulated in the current tick.Если тело застыло и не обнаружено никаких контактов, которые вывели бы его из этого состояния достаточно сильным импульсом, такое тело в текущем кадре не моделируется.
3. Islands are built using the contacts obtained at the previos step.Острова строятся с использованием контактов, полученных на предыдущем шаге.
4. Bodies, shapes and joints are sorted inside islands. By that, we ensure that contacts are solved in the predefined order and visualization of physics in the world is repetitive (on one computer).Тела, формы (shapes) и сочленения (joints) сортируются внутри островов. Тем самым мы гарантируем, что контакты решаются в заданном порядке, а визуализация физики в мире повторяется (на одном компьютере).

In the performance profiler you can find:В профилировщике производительности отображаются следующие данные:

• The total time of collision detection is displayed by the PCollision counter.Общее время обнаружения столкновения отображается счетчиком PCollision.
• The number of contacts is displayed by the PContacts counter.Количество контактов отображается счетчиком PContacts.
• The number of islands is shown by the PIslands counter.Количество островов показывает счетчик PIslands.
• The number of bodies is shown by the PBodies counter.Количество тел показывает счетчик PBodies.
• The total number of joints is shown by the PJoints counter.Общее количество сочленений показывает счетчик PJoints.

Continuous Collision Detection

Непрерывное обнаружение столкновений#

When a collision has been detected, collision response is calculated, so that the colliding bodies would gain new velocities.При обнаружении столкновения рассчитывается реакция на столкновение, чтобы сталкивающиеся тела получали новые скорости.

1. Here bodies are prepared to participate in collisions: contacts found for them are cached together with contacts from the previous frame — to ensure that they interact with each other properly. Здесь тела готовятся к участию в столкновениях: найденные для них контакты кэшируются вместе с контактами из предыдущего кадра — для обеспечения их корректного взаимодействия друг с другом.
2. Collision response for each body is calculated. Based on the gathered contact points data, the Engine computes the impulse each body gets after collision. Contact points are solved in a pseudo-random order to achieve simulation stability and reproducibility.Рассчитывается реакция на столкновение для каждого тела. Основываясь на собранных данных о точках контактов, движок вычисляет импульс, который получает каждое тело после столкновения. Точки контакта решаются в псевдослучайном порядке для достижения стабильности и воспроизводимости моделирования.

3. When contact responses are calculated, joints constraining relative motion of bodies are solved. Joints are solved in the pseudo-random order just like contact points.При расчете реакции на контакты учитываются сочленения (joints) сдерживающие относительное движение тел. Сочленения решаются в псевдослучайном порядке, так же как точки контакта.

   Примечание

   Within one physics iteration, joints can be solved several times. The high number of joint iterations increase the precision of calculations, as well as computational load.В рамках одной физической итерации сочленения могут быть решены несколько раз. Большое количество итераций увеличивает точность вычислений, а также вычислительную нагрузку.

   In the performance profiler, the total time of both collision response and joint solving stages is displayed by the PResponse counter.В профилировщике производительности, общее время реакции на столкновения и решение ограничений, накладываемых сочленениями, показывает счетчик PResponse.

4. The results of contact and joint solving are accumulated and, finally, are applied to bodies. The coordinates of the bodies change according to their new linear and angular velocities.Результаты расчета контактов и сочленений аккумулируются и, наконец, применяются к телам. Координаты тел изменяются в соответствии с их новыми линейной и угловой скоростями.

   In the performance profiler, the time of this stage is displayed by the PIntegrate counter.В профилировщике производительности, время этого этапа отображается счетчиком PIntegrate.

In the performance profiler, the total time of simulation stage is displayed by the PSimulation counter.В профилировщике производительности, общее время этапа моделирования отображается счетчиком PSimulation.

Synchronization is the final stage of physics simulation. During the swap() in the UNIGINE main loop, physics module calls its internal updatePhysics() function. Bodies set their calculated transformations to objects. In the next frame, objects will be rendered in their new physics-based positions.Синхронизация является заключительным этапом моделирования физики. Во время swap() в основном цикле UNIGINE физический модуль вызывает свою внутреннюю функцию updatePhysics(). Тела задают свои расчетные преобразования объектам. В следующем кадре объекты будут визуализированы в их новых положениях, основанных на расчетах физики.

Примечание

In the Async Rendering update mode physics simulation goes in parallel to the actual rendering process. This is the reason calculated physics is visible only in the next frame.В режиме обновления Async Rendering моделирование физики идет параллельно фактическому процессу рендеринга. По этой причине результаты физических расчетов видны только в следующем кадре.

If visualizer options are enabled, shapes, joints or contacts of non-frozen bodies will be rendered.При включении соответствующих параметров визуализатора будут визуализированы формы (shapes), сочленения (joints) или контакты (contacts) незастывших тел.