使用 bullet 物理引擎多线程求解器

这篇博客探讨了在Windows10环境下,使用PyBullet库进行物理模拟时,单线程与多线程(OpenMP和PPL)的性能对比。结果显示,单线程在某些情况下可能优于多线程实现。作者提到了在启用多线程时遇到的错误,并提供了配置OpenMP和PPL的建议。

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注意,很多时候多线程的性能比单线程的更烂。

windows10 本机测试
bullet 版本 master 2021/6

单线程:10-13FPS
PPL:7-13FPS
OpenMP:1-4FPS

报错 btAssert( gBtTaskScheduler != NULL );
参考自:https://pybullet.org/Bullet/phpBB3/viewtopic.php?t=10232&start=135

cmake build时记得打上OpenMP和PPL多线程支持
PPL多线程支持仅限于windows。Linux只需要打上OpenMP。


#include <btBulletDynamicsCommon.h>
// 要手动包含多线程求解器
#include <BulletDynamics/ConstraintSolver/btSequentialImpulseConstraintSolverMt.h>

int main()
{
		// 开始要先设定多线程的TaskScheduler
		btSetTaskScheduler(btGetOpenMPTaskScheduler());
		// btSetTaskScheduler(btGetPPLTaskScheduler());
		
		cfg = new btDefaultCollisionConfiguration();
		dispatcher = new btCollisionDispatcher(cfg);
		pair_cache = new btDbvtBroadphase();
		// 只要把求解器改成 Mt 就可以简单开启多线程求解
		// solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver();
		solver = new btSequentialImpulseConstraintSolverMt();

		world = new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher, pair_cache, solver, cfg);
		world->setGravity(btVector3(0, -10, 0));
}
在C++领域中,物理仿真引擎是游戏开发、动画制作以及科学模拟中的关键组件。这些引擎通常提供刚体动力学、碰撞检测、约束求解等功能,并且能够与图形API集成,实现高效的实时模拟。 ### 主流的C++物理仿真引擎 1. **Bullet Physics** Bullet 是一个开源的物理引擎,广泛用于游戏和动画制作。它支持刚体动力学、软体模拟、车辆动力学以及连续碰撞检测等特性。Bullet 的 API 设计清晰,易于集成到 C++ 项目中。例如,在模拟一个下落球体时,可以使用 `btTransform` 来获取其位置和方向信息,并通过 `stepSimulation` 推进物理模拟的时间步长 [^4]。 ```cpp for (int i = 0; i < 300; ++i) { dynamicsWorld->stepSimulation(1/60.f, 10); btTransform trans; fallRigidBody->getMotionState()->getWorldTransform(trans); std::cout << "Sphere height: " << trans.getOrigin().getY() << std::endl; } ``` 2. **PhysX** PhysX 是由 NVIDIA 开发的一个高性能物理引擎,支持多线程优化和 GPU 加速。它被广泛应用于 AAA 游戏开发中,如《刺客信条》和《使命召唤》系列。PhysX 提供了丰富的功能,包括刚体动力学、布料模拟、流体动力学等。此外,它还支持 Unreal Engine 和 Unity 等主流游戏引擎的集成。 3. **Box2D** Box2D 是一个轻量级的 2D 物理引擎,适用于需要简单物理交互的应用场景,如移动游戏或教育类项目。它的 API 相对简洁,学习曲线较低,非常适合入门级别的物理模拟需求。 4. **ODE (Open Dynamics Engine)** ODE 是一个较为成熟的开源物理引擎,主要面向刚体动力学仿真。它支持多种平台,并提供了丰富的关节类型和碰撞检测机制。虽然 ODE 的更新频率不如 Bullet 或 PhysX 高,但它仍然适合一些特定领域的应用,如机器人仿真。 5. **Havok** Havok 是一个商业级物理引擎,广泛应用于高端游戏和影视特效制作。它提供了极高的性能和稳定性,并支持复杂的物理行为建模,如破坏效果、布料模拟和粒子系统。Havok 的 SDK 提供了完整的文档和示例代码,便于开发者快速上手。 ### 引擎选择建议 - **对于独立游戏开发者或小型项目**:推荐使用 **Bullet** 或 **Box2D**,因为它们开源、易用,并且社区支持良好。 - **对于大型商业游戏或需要高性能的项目**:可以选择 **PhysX** 或 **Havok**,特别是当项目预算允许购买商业许可时。 - **对于科研或教育用途**:ODE 可能是一个不错的选择,因为它具有稳定的 API 和较长的历史积累。 ### 性能优化与参数配置 无论选择哪种物理引擎,合理的性能优化和参数配置都是提升模拟效率的关键因素。例如,在物理引擎使用模板变量来定义常数(如重力加速度和圆周率)可以提高计算效率和配置灵活性 [^1]: ```cpp template <typename T> constexpr T gravity = T(9.81); template <typename T> constexpr T pi = T(3.1415926535897932385); ``` 此外,模块化设计也是提升可维护性的重要手段。例如,使用嵌套命名空间来组织不同子系统的逻辑可以帮助开发者更好地管理代码结构 [^2]: ```cpp namespace Engine::Graphics::Rendering { void renderScene() { // 渲染逻辑 } } namespace Engine::Physics::Simulation { void simulatePhysics() { // 物理模拟逻辑 } } ``` ### 总结 选择合适的 C++ 物理仿真引擎取决于项目的具体需求,包括性能要求、功能复杂度以及开发团队的技术背景。常见的选项包括 Bullet、PhysX、Box2D、ODE 和 Havok,每种引擎都有其适用场景和优势。 ---
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