bullet物理引擎btBvhTriangleMeshShape，btHeightfieldTerrainShape的使用

Bullet提供了幾個類btBvhTriangleMeshShape，btHeightfieldTerrainShape去創建一些網格圖形，首先了解btHeightfieldTerrainShape，通過高度圖數據創建一個3D地形。

A static mesh that is optimised for and described by the surface of a height map.

官網解釋：http://bulletphysics.com/Bullet/BulletFull/classbtHeightfieldTerrainShape.html#a90d823ba5f44871a0bcfce0174177223

建議先閱讀官網介紹

首先可以下幾個效果圖

根據高度圖數據.raw生成的高度地形圖

參數設置HeightfieldInfo info(128, 128, _heightMapData.getBytes(), PHY_UCHAR, 1.6f / uData, -1.f, 1.f, btVector3(25.f / uData, 1.f, 25.f / uData));

(uData爲_heightMapData的最大值)

自定義數據生成高度地形圖(PHY_FLOAT)

參數設置HeightfieldInfo info(128, 128, mapData, PHY_FLOAT, 1.f, -1.f, 1.f, btVector3(1.f, 1.f, 1.f));

mapData自定義數據,隨機0~1的數據

自定義數據生成高度地形圖(PHY_FLOAT)

參數設置HeightfieldInfo info(128, 128, mapData, PHY_SHORT, 1.f, -1.f, 1.f, btVector3(1.f, 1.f, 1.f));

mapData自定義數據0,1的數據

Bullet 自帶的Demo中的例子

btHeightfieldTerrainShape 有兩個構造函數，這裏分析較複雜的一個

 

btHeightfieldTerrainShape(

int heightStickWidth,   x軸總寬度

int heightStickLength,  z軸總長度

比如 width = 128, length = 64 則x軸方向爲128,z軸方向爲64

const void* heightfieldData,  高度數據

btScalar heightScale, 每個字節*heightScale = 實際高度

btScalar minHeight,  最小高度

btScalar maxHeight, 最大高度 

地形原點 = (minHeight + maxHeight) * 0.5

int upAxis,  方向軸 取值 0=x, 1=y, 2=z,決定地形的朝向,類似法向量

PHY_ScalarType heightDataType, 數據格式 3種, PHY_UCHAR, PHY_SHORT, PHY_FLOAT

bool flipQuadEdges 方形裁剪

);

舉個例子

50*50 數據 

for (int i=0; i<50; ++i)

{

for (int j=0; j<50; ++j)

{

heightMap[i*50+j] = j % 2;

}

}

對於heightMap[i*50+j] 

1.如果爲0, minHeight = 0.f, maxHeight = 6.f;

  最低點正好爲-3.f

2.如果爲0, minHeight = 0.f, maxHeight = 12.f;

  最低點正好爲-6.f

3.如果爲0, minHeight = 0.f, maxHeight = 3.f;

  最低點正好爲-1.5f

 

1.如果爲2, minHeight = 0.f, maxHeight = 6.f;

  最低點正好爲-4.f

2.如果爲2, minHeight = 0.f, maxHeight = 12.f;

  最低點正好爲-7.f

3.如果爲2, minHeight = 0.f, maxHeight = 3.f;

  最低點正好爲-2.5f

 

地形偏移offsetY =  -(minHeight + maxHeight);

不推薦minHeight + maxHeight < 0, 不穩定

heightScale * value(heightfieldData[i])爲實際高度

 

高度計算:

對於PHY_UCHAR

最低點y = offsetY + min(heightfieldData); minY = 0

最高點y = offsetY + max(heightfieldData) * heightScale;

 

對於PHY_SHORT, PHY_FLOAT

最高點y = offsetY + max(heightfieldData) * heightScale;

最低點y = offsetY + min(heightfieldData) * heightScale;

 

注意：

網格間隔不要過大，過大會出現物體穿過。

 

自定義數據類型簡化參數傳遞

struct HeightfieldInfo
{
    int heightStickWidth;
    int heightStickLength;
    void* heightfieldData;
    PHY_ScalarType hdt;
    btScalar heightScale;
    btScalar minHeight;
    btScalar maxHeight;
    int upAxis;

    bool useFloatData;
    bool flipQuadEdges;
    btVector3 localScaling;

    HeightfieldInfo(int width, int length, void* data, PHY_ScalarType type = PHY_SHORT,
                    btScalar heiScale = 1.f, btScalar minHei = 0.f, btScalar maxHei = 1.f,
                    const btVector3& scale = btVector3(1, 1, 1), int up = 1,
                    bool useFloat = false, bool filpQuad = false) :
        heightStickWidth(width), heightStickLength(length), heightfieldData(data),
            heightScale(heiScale), minHeight(minHei), maxHeight(maxHei),
            localScaling(scale), upAxis(up),
            hdt(type), useFloatData(useFloat), flipQuadEdges(filpQuad)
    {}
};

PhysicsWorld3D 創建高度地形圖

 

btRigidBody* PhysicsWorld3D::addHeightfieldTerrain(const HeightfieldInfo& fieldInfo, const btVector3& position, const PhysicsMaterial3D& material)
{
    CCAssert(material.mass == 0.f, "height field's mass must be 0.");

    btHeightfieldTerrainShape* heightfieldShape = new btHeightfieldTerrainShape(
        fieldInfo.heightStickWidth, fieldInfo.heightStickLength, fieldInfo.heightfieldData, fieldInfo.heightScale,
        fieldInfo.minHeight, fieldInfo.maxHeight, fieldInfo.upAxis, fieldInfo.hdt, fieldInfo.flipQuadEdges);

    heightfieldShape->setUseDiamondSubdivision(true);    // 鑽石細分矩形方格會出現對角線
    heightfieldShape->setLocalScaling(fieldInfo.localScaling);

    auto body = getBody(heightfieldShape, position, material);

    _world->addRigidBody(body);
    return body;
}

 

下面來介紹btBvhTriangleMeshShape,通過載入三角網格，實現網格形狀的物理模擬

http://bulletphysics.com/Bullet/BulletFull/classbtBvhTriangleMeshShape.html

 

看看效果

地形能夠與模型完美的融合在一起,而且即使半徑爲0.1的球體也不會穿過地形

使用的shape就是btBvhTriangleMeshShape, 構造方法有兩個

btBvhTriangleMeshShape(

btStridingMeshInterface* meshInterface,  // 網格接口,存放網格數據

bool useQuantizedAabbCompression,// 壓縮？只有buildBvh爲true纔有效

const btVector3& bvhAabbMin,

const btVector3& bvhAabbMax, // mesh不可超過bvhaabb包圍盒，只有buildBvh爲true纔有效

bool buildBvh = true);// 優化BVH

btBvhTriangleMeshShape(

btStridingMeshInterface* meshInterface, 

bool useQuantizedAabbCompression, 

bool buildBvh = true);

 

通過導入一個模型的原始三角形數據，就可以建立上圖的地形

如何載入模型數據,官網類關係圖

提供btTriangleIndexVertexArray,載入網格數據

btTriangleIndexVertexArray(

int numTriangles, // 三角個數

int* triangleIndexBase, // 三角形索引數組首地址

int triangleIndexStride, // 每個三角形索引大小 = 索引類型大小 * 3

int numVertices, // 頂點個數

btScalar* vertexBase, // 頂點數組首地址

int vertexStride); // 每個頂點字節 = 頂點元素 * 3

 

既然索引類型爲int，就用int

 

關於原始三角形數據如何得到,

1.可以利用cocos2dx的載入模型函數獲取(有待實驗)

2.利用Blender或者可以導出模型原始三角數據的軟件，直接導出數據

關於Blender一款開源的3D建模軟件,官網:http://www.blender.org/ , 自帶遊戲引擎，物理引擎就是Bullet

 

導出三角形數據，Blender有個插件專門導出三角形數據 文件後綴名爲raw，它是文本格式的,

導出時首先要讓模型旋轉一定角度,座標系不是opengl的座標系，cocos2dx採用的就是opengl的座標系

raw文件格式非常簡單：n行,每行9個浮點數據(描述一個三角形)，每三個浮點爲一個頂點

 

3.自定義格式

。。。。

 

來實現數據的載入吧

首先讀取raw文件，實現一個簡單的PhysicsHelper3D

#ifndef __PHYSICS_HELPER_3D_H__
#define __PHYSICS_HELPER_3D_H__
#include <cocos2d.h>
USING_NS_CC;

class PhysicsHelper3D
{
public:
    static std::vector<float> loadRaw(const char* fileName);
    static bool loadRaw(const char* fileName, std::vector<float>& verts);
};

#endif // !__PHYSICS_HELPER_3D_H__


#include "PhysicsHelper3D.h"

std::vector<float> PhysicsHelper3D::loadRaw(const char* fileName)
{
    std::vector<float> data;
    if (loadRaw(fileName, data))
    {
        return data;
    }

    return std::vector<float>(0);
}

bool PhysicsHelper3D::loadRaw(const char* fileName, std::vector<float>& verts)
{
    char line[1024];

    float oneData;
    auto rawData = FileUtils::getInstance()->getStringFromFile(fileName);    // 利用cocos2dx載入文件
    std::stringstream ss, ssLine;
    ss << rawData;
    while (ss.getline(line, 1024))  // 讀取一行
    {
        ssLine << line;
        for (int i = 0; i < 9; i++)  // 獲取9個浮點數
        {
            ssLine >> oneData;
            verts.push_back(oneData);
        }
    }
    return true;
}

並不是很難吧,載入文件辦法不好,不過先將就着用吧

_indexVertexArrays = new btTriangleIndexVertexArray(_verts.size() / 9, &_verIndices[0], 3 * sizeof(int),
                    _verts.size() / 3, (btScalar*)&_verts[0], 3 * sizeof(float));
_meshShape = new btBvhTriangleMeshShape(_indexVertexArrays, true);

_verts是vector<float> 三角形的個數 =_verts.size() / 9

爲了構建方便實現PhysicsMesh3D


#ifndef __PHYSICS_MESH_3D_H__
#define __PHYSICS_MESH_3D_H__
#include "Bullet/btBulletDynamicsCommon.h"
#include "cocos2d.h"
USING_NS_CC;

class PhysicsMesh3D
{
public:
    static PhysicsMesh3D* constuct(const char* fileName);

    void destroy();
    bool initWithFile(const char* fileName);

private:
    std::vector<float> _verts;        // 存放頂點
    std::vector<int> _verIndices; // 頂點索引
    btTriangleIndexVertexArray* _indexVertexArrays; // 三角形數據
    CC_SYNTHESIZE_READONLY(btBvhTriangleMeshShape*, _meshShape, MeshShape); // shape
};

#endif

CC_SYNTHESIZE_READONLY 爲cocos2dx提供的宏

bool PhysicsMesh3D::initWithFile(const char* fileName)
{
    _indexVertexArrays = nullptr;
    _verts.clear();
    _verIndices.clear();
    if (PhysicsHelper3D::loadRaw(fileName, _verts))     // 載入數據
    {
        _verIndices.resize(_verts.size());          // 頂點的位置就是索引
        for (int i=0; i < _verts.size(); ++i)
        {
            _verIndices[i] = i;
        }
        _indexVertexArrays = new btTriangleIndexVertexArray(
_verts.size() / 9,      // 三角形個數
&_verIndices[0],        // 三角數據數組首地址
3 * sizeof(int),        // 一個三角索引大小
                    _verts.size() / 3,      // 頂點個數
(btScalar*)&_verts[0],  // 頂點數組首地址
3 * sizeof(float));     // 一個頂點大小
// 獲取shape
        _meshShape = new btBvhTriangleMeshShape(_indexVertexArrays, true);

        return true;
    }

    return false;
}

釋放申請的內存

void PhysicsMesh3D::destroy()
{
    _verts.clear();
    _verIndices.clear();
    delete _indexVertexArrays;
    delete this;
}

在PhysicsWorld3D建立一個添加Mesh的方法

btRigidBody* addTriangleMesh(PhysicsMesh3D* mesh3D, const btVector3& position,
const PhysicsMaterial3D& material = PHYSICS_MATERIAL3D_PLANE);

btRigidBody* PhysicsWorld3D::addTriangleMeshShape(PhysicsMesh3D* mesh3D, const btVector3& position, const PhysicsMaterial3D& material)
{
    CCAssert(material.mass == 0.f, "body's mass must be 0.");

    auto body = getBody(mesh3D->getMeshShape(), position, material);
    _world->addRigidBody(body);

    return body;
}

測試

HelloWorld 添加變量

PhysicsMesh3D* _phyMesh3D;  // mesh shape

添加網格

_phyMesh3D = PhysicsMesh3D::constuct("heightmap.raw");
_world->addTriangleMesh(_phyMesh3D, btVector3(0, 0, 0));

// 載入plane模型
auto spPlane = Sprite3D::create("model/heightmap.c3b");
this->addChild(spPlane);
spPlane->setPosition3D(Vec3(0, 0, 0));
spPlane->setRotation3D(Vec3(0, 180, 0));

onExit()不要忘了

_phyMesh3D->destroy();