bullet物理引擎與OpenGL結合導入3D模型進行碰撞檢測以及畫三角網格的坑

2019 年 10 月 15 日
筆記

原文作者：aircraft

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/DOMLX/p/11681069.html

一.初始化世界以及模型

/// 衝突配置包含記憶體的默認設置，衝突設置。高級用戶可以創建自己的配置。  btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();    /// 使用默認的衝突調度程式。對於並行處理，您可以使用不同的分派器(參見Extras/BulletMultiThreaded)  btCollisionDispatcher* dispatcher = new    btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);    /// btDbvtBroadphase是一種很好的通用的兩步法碰撞檢測。你也可以嘗試btAxis3Sweep。  btBroadphaseInterface* overlappingPairCache = new btDbvtBroadphase();    /// 默認約束求解器。對於並行處理，您可以使用不同的解決程式(參見Extras/BulletMultiThreaded)  btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver;    btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld =  new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher,overlappingPairCache,solver,collisionConfiguration);    dynamicsWorld->setGravity(btVector3(0,-10,0));

上面看起來很多麻煩的東西，但是其實我們都不需要看，也不需要理解，拿到dynamicsWorld這個指針就行了，它用於表示剛體碰撞的世界。後面有很多設置都是關於他的，setGravity(btVector3(0,-10,0));這個就是設置一下他的重力為10N/kg.

二.導入3D模型

　　在導入3d模型前，我們要學會怎麼去畫三角網格，或者說凸殼，我在寫這個導入3D模型碰撞檢測的程式的時候，真的是在網上找不到什麼有用的資料，頭都快裂開了！！！

　　Bullet裡面有內置很多常規的3維模型畫法，比如長方體，圓，正方體之類的，並不能給我帶來什麼啟發和用處，因為導入一個3D模型，比如OBJ文件，就是要把一個個的三角網格畫出來，最後成為一個3D模型。

2.1三角片面碰撞模型
2.1對於複雜的碰撞模型，需要用三角片面來模擬。
靜態碰撞模型，對於大地，房屋等物體。可以用靜態的三角片面來模擬。
btBvhTriangleMeshShape 靜態的三角片面模型
構建方法
btBvhTriangleMeshShape (btStridingMeshInterface *meshInterface, bool useQuantizedAabbCompression, bool buildBvh=true)

示例程式碼
btTriangleMesh* trimesh = new btTriangleMesh();
bool useQuantization = true;
btCollisionShape* concaveShape = new btBvhTriangleMeshShape(trimesh,useQuantization); //凹的三角片面碰撞模型
startTransform.setOrigin(convexDecompositionObjectOffset);
localCreateRigidBody(0.f,startTransform,concaveShape); //品質不能設置為非0，btBvhTriangleMeshShape似乎只能用在靜態的場景中。

相關類
btTriangleMesh 一個方便的存儲三角片面數據的類，介面簡單
通過
void addTriangle (const btVector3 &vertex0, const btVector3 &vertex1, const btVector3 &vertex2, bool removeDuplicateVertices=false)
來為片面增加三角形，這個函數不會檢查相同頂點的冗餘

2.2動態的碰撞模型
btGImpactMeshShape 該類可以構建一個動態的三角片面碰撞模型
構建方法
btGImpactMeshShape (btStridingMeshInterface *meshInterface) 通過傳入三角片面數據來構建
使用該類時，一是在構建該類後要調用updateBound()。二是要在dispatcher中註冊該類的碰撞演算法，

示例程式碼如下：
btGImpactMeshShape * trimesh = new btGImpactMeshShape(indexVertexArrays); //構建形狀
trimesh->setLocalScaling(btVector3(4.f,4.f,4.f));
trimesh->updateBound();
m_trimeshShape = trimesh;

//register algorithm
btCollisionDispatcher * dispatcher = static_cast<btCollisionDispatcher *>(m_dynamicsWorld ->getDispatcher());
btGImpactCollisionAlgorithm::registerAlgorithm(dispatcher); //註冊演算法，如果不註冊演算法的話，會出現問題，如相同的模型不能發生碰撞

相關類
btTriangleIndexVertexArray 儲存三角片面數據
btTriangleIndexVertexArray (int numTriangles, int *triangleIndexBase, int triangleIndexStride, int numVertices, btScalar *vertexBase, int vertexStride)
通過制定三角形頂點數組和三角形索引數組的地址，以及每組數據大小來構建。所以類中不會實際含有片面數據。使得三角片面數據可以與渲染部分的程式碼共用。
// create trimesh
btTriangleIndexVertexArray* indexVertexArrays = new btTriangleIndexVertexArray(NUM_TRIANGLES, //片面數據
&gIndices[0][0],
3*sizeof(int),
NUM_VERTICES,(REAL*) &gVertices[0],sizeof(REAL)*3);

2.3其他類
btConvexHullShape 一個凸體模型的類，構建一個凸體。而構建這個凸體的方法十分簡單——往這個類加頂點就可以了
btConvexHullShape (const btScalar *points=0, int numPoints=0, int stride=sizeof(btVector3))
void addPoint (const btVector3 &point)
示例
btConvexHullShape* convexShape = new btConvexHullShape(); //用桌子的點集構建了一個凸的碰撞模型，雖然桌子是凹的
for (i=0;i<hull->numVertices();i++)
{
convexShape->addPoint(hull->getVertexPointer()[i]); //這個模型只需要加如點就可以了
}

最後我也是使用了btConvexHullShape，這個類來導入3D模型。上面動態那個也可以進行碰撞檢測，我也試過了。靜態那個就不行了，因為不會動。

3.讀取3D模型的數據

這裡的話就不詳細說了，可以看我前面幾篇opengl導入3D模型的部落格。

然後我們用btConvexHullShape類將我們讀取的模型數據導入，構造出來我們的物體。

程式碼如下：

void InitObject()  {                ReadPIC();//讀取3D模型內部數據存儲在m_pic結構體      btTriangleMesh* tMesh = new btTriangleMesh();        int k = 0;      for (int i = 0; i < m_pic.F.size(); i++)      {          points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Z / YU);          points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Z / YU);          points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Z / YU);        }      btScalar mass(10.f);        // 剛體是動態的如果且僅當品質為非零時，否則是靜止的        btConvexHullShape * collisionShape = new btConvexHullShape((btScalar*)points, m_pic.F.size()*3);      btDefaultMotionState* groundMotionState = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0, 0, 0, 1), btVector3(0, 1000, 0)));      bool isDynamic = (mass != 0.f);        btVector3 localInertia(0, 0, 0);      if (isDynamic)          collisionShape->calculateLocalInertia(mass, localInertia);      btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo rbInfo(mass, groundMotionState, collisionShape, localInertia);      body = new btRigidBody(rbInfo);      //body->setCollisionFlags(body->getCollisionFlags() | btCollisionObject::CF_KINEMATIC_OBJECT);      //body->setActivationState(4);        mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(body);            /*      //init ground      btCollisionShape *groundShape = new btBoxShape(btVector3(1000, 0.5, 1000)); //half size        btVector3 groundpos = btVector3(0, 0, 0);      btQuaternion groundrot(0, 0, 0, 1);      btDefaultMotionState* groundMotion = new btDefaultMotionState(btTransform(groundrot, groundpos));      ground = new btRigidBody(0.0, groundMotion, groundShape);//mass = 0 means it is a static object      btScalar rest = btScalar(1);      ground->setRestitution(rest);//設置碰撞反彈係數  默認為0      mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(ground);      */      //init ground      btConvexHullShape *groundShape = new btConvexHullShape((btScalar*)points, m_pic.F.size() * 3);        btVector3 groundpos = btVector3(0, 0, 0);        btDefaultMotionState* groundMotion = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0, 0, 0, 1), btVector3(0, 0, 0)));      ground = new btRigidBody(0.0, groundMotion, groundShape);//mass = 0 means it is a static object      btScalar rest = btScalar(1);      ground->setRestitution(rest);//設置碰撞反彈係數  默認為0      mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(ground);    }

三.進行碰撞檢測

　　3.1碰撞回饋

　　既然要進行碰撞檢測，那麼碰撞時，程式就要告訴我們，物體進行碰撞了，然後我們要怎麼去處理這個碰撞。。。

　　那怎麼獲取碰撞時的資訊呢？

int numManifolds = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getNumManifolds();      for (int i = 0; i < numManifolds; i++)      {          btPersistentManifold * contactManifold = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getManifoldByIndexInternal(i);          int numContacts = contactManifold->getNumContacts();          if (numContacts > 0)          {              cout << "碰撞" << endl;          }      }

我們可以獲取兩個對象的接觸點，如果存在接觸點，並且還大於0，那麼此時肯定是碰撞了，我們就可以對這個碰撞進行處理。

這個程式碼可以放在update 或者render或者display繪製里都可以。

3.2碰撞檢測模型繪製

　　這時候我們準備工作都已經做好了，就可以在自己的繪製display函數里將3D模型繪製出來。

if (motion)delete motion;      //motion = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(1, 1, 0, 1), btVector3(0, 100, 0)));      //body->setMotionState(motion);      btTransform trans = body->getWorldTransform();        //trans.setOrigin(btVector3(0.0f, 400, 0.0f));      //trans.setRotation(btQuaternion(1, 1, 0, 1));      //body->getMotionState()->setWorldTransform(trans);      //body->getMotionState()->      btScalar m[16];      trans.getOpenGLMatrix(m);      glColor3f(0, 0, 1);      glPushMatrix();      glMultMatrixf((GLfloat*)m);      //glTranslated(0, -400, 0);        //glutSolidCube(400);      for (int i = 0; i < m_pic.F.size(); i++)      {          glBegin(GL_TRIANGLES);                            // 繪製三角形          if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[0]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[0]].TV);  //紋理              if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NZ);//法向量          glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Z / YU);        // 上頂點            if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[1]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[1]].TV);  //紋理          if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NZ);//法向量          glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Z / YU);        // 左下            if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[2]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[2]].TV);  //紋理          if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NZ);//法向量          glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Z / YU);        // 右下          glEnd();                                        // 三角形繪製結束          }      glPopMatrix();      int numManifolds = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getNumManifolds();      for (int i = 0; i < numManifolds; i++)      {          btPersistentManifold * contactManifold = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getManifoldByIndexInternal(i);          int numContacts = contactManifold->getNumContacts();          if (numContacts > 0)          {              cout << "碰撞到地面" << endl;          }      }      //ground      btTransform transg = ground->getWorldTransform();      //trans.setOrigin(btVector3(0.0f, 400, 0.0f));      //trans.setRotation(btQuaternion(1, 1, 0, 1));      //body->getMotionState()->setWorldTransform(trans);      //body->getMotionState()->      /*      btScalar mg[16];      transg.getOpenGLMatrix(mg);        glColor3f(0, 1, 0);      glPushMatrix();      glMultMatrixf((GLfloat*)mg);      */      glPushMatrix();      glScalef(1, 0.0005, 1);      //glScalef(1, 1, 1);      glutSolidCube(2000); //size           glPopMatrix();