Open Dynamics Engine 入門
【3日目】デモ「カードタワー」
物理シミュレータ ODE（Open Dynamics Engine）の入門編の3日目です。 「【1日目】球の描画と衝突判定」、 「【2日目】オブジェクトのジョイント」で、 ODEの基本形が理解できたので、３日目以降はODEに付属のデモプログラムをいじって、より深く理解していきます。
デモ「カードタワー」
カード状のオブジェクトを組み立てて、タワーを作っています。
キーボード「-」「=」で押すと、タワーの階層を「減らす」「増やす」し、
「(スペース)」でタワーをリセットできます。
（※「カードタワー」という名前は、自分が勝手につけました。）
ちょっと改造
これまで学習したことを踏まえてちょっと改造します。
カード同士の摩擦係数（0.1）と地面との摩擦係数（5.0）を別々に指定します。
カード同士がすべるのでタワーは崩壊します。
ちなみにデフォルトでは摩擦係数は「5.0」です。
プログラムソース
以下のプログラムソースは、C:/ode-0.11.1/ode\demo/demo_cards.cpp を利用させていただいております。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 | #include <vector>#include <ode/ode.h>#include <drawstuff/drawstuff.h>int WindowWidth = 640; //ウィンドウの幅int WindowHeight = 480; //ウィンドウの高さ#ifndef DRAWSTUFF_TEXTURE_PATH#define DRAWSTUFF_TEXTURE_PATH "C:/ode-0.11.1/drawstuff/textures"#endif#ifdef dDOUBLE#define dsDrawBox dsDrawBoxD#endifstatic int levels = 10;static int ncards = 0;static dSpaceID space;static dWorldID world;static dJointGroupID contactgroup;dGeomID ground;struct Card {//カードの構造体 dBodyID body;//動力学計算用ボディID dGeomID geom;//衝突計算用ジオメトリID static const dReal sides[3];//カードのサイズ(lx,ly,lz) Card()//カード構造体のメンバ関数 { body = dBodyCreate(world); //ボディの生成 geom = dCreateBox(space, sides[0], sides[1], sides[2]);//ジオメトリの生成 dGeomSetBody(geom, body); //ジオメトリとボディとを関連付ける dGeomSetData(geom, this); //本オブジェクトのポインタをセットする dMass mass; //質量クラスのオブジェクトの生成 mass.setBox(1, sides[0], sides[1], sides[2]);//ボックス型の質量をセットする dBodySetMass(body, &mass); //ボディに質量をセットする } ~Card() { dBodyDestroy(body); dGeomDestroy(geom); } void draw() const //カード描画用のメンバ関数 { dsDrawBox(dBodyGetPosition(body), dBodyGetRotation(body), sides); }};static const dReal cwidth=.5, cthikness=.02, clength=1; //カードの幅、厚み、長さの変数を定義const dReal Card::sides[3] = { cwidth, cthikness, clength }; //カードのサイズをセットstd::vector<Card*> cards;//可変長配列としてカードオブジェクトを生成int getncards(int levels)//カードの総数を計算する関数{ return (3*levels*levels + levels) / 2;}void place_cards()//カードを設置（再配置）する関数{ ncards = getncards(levels); // destroy removed cards (if any) int oldcards = cards.size(); for (int i=ncards; i<oldcards; ++i) delete cards[i]; //メモリの開放 cards.resize(ncards); // construct new cards (if any) for (int i=oldcards; i<ncards; ++i) cards[i] = new Card; //メモリの確保 // for each level int c = 0; dMatrix3 right, left, hrot;//回転行列用の変数の定義 dReal angle = 20*M_PI/180.; dRFromAxisAndAngle(right, 1, 0, 0, -angle); //右回転行列の取得 dRFromAxisAndAngle(left, 1, 0, 0, angle); //左回転行列の取得 dRFromAxisAndAngle(hrot, 1, 0, 0, 91*M_PI/180.); dReal eps = 0.05; //余スペース dReal vstep = cos(angle)*clength + eps;//横方向への移動幅 dReal hstep = sin(angle)*clength + eps;//縦方向への移動幅 for (int lvl=0; lvl<levels; ++lvl) {//各階層ごとにカードを配置する // there are 3*(levels-lvl)-1 cards in each level, except last int n = (levels-lvl); dReal height = (lvl)*vstep + vstep/2; // inclined cards for (int i=0; i<2*n; ++i, ++c) { dBodySetPosition(cards[c]->body, //位置をセットするボディID 0, //x座標 -n*hstep + hstep*i, //y座標 height //z座標 ); if (i%2) dBodySetRotation(cards[c]->body, left); else dBodySetRotation(cards[c]->body, right); } if (n==1) // top of the house break; // horizontal cards for (int i=0; i<n-1; ++i, ++c) { dBodySetPosition(cards[c]->body, 0, -(n-1 - (clength-hstep)/2)*hstep + 2*hstep*i, height + vstep/2); dBodySetRotation(cards[c]->body, hrot); } } }void start(){ static float xyz[3] = {3.0,0.0,1.0}; //カメラの位置 static float hpr[3] = {-180.0,0.0,0.0}; //カメラの方向 //(z軸, y軸, x軸)における回転角度（{0.0,0.0,0.0}でx軸方向を向いている） //上の場合は、y軸の方向を向いている dsSetViewpoint (xyz,hpr); //カメラの設定 puts("Controls:"); puts(" SPACE - reposition cards"); puts(" - - one less level"); puts(" = - one more level");}static void nearCallback (void *data, dGeomID o1, dGeomID o2){ // exit without doing anything if the two bodies are connected by a joint dBodyID b1 = dGeomGetBody(o1); dBodyID b2 = dGeomGetBody(o2); const int MAX_CONTACTS = 8; dContact contact[MAX_CONTACTS]; int numc = dCollide (o1, o2, MAX_CONTACTS, &contact[0].geom, sizeof(dContact)); int isGround = ((ground == o1) || (ground == o2)); for (int i=0; i<numc; i++) { contact[i].surface.mode = dContactApprox1; if(isGround) contact[i].surface.mu = 5; //<-------------------地面との摩擦係数 else contact[i].surface.mu = 0.1;//<-------------------カード同士の摩擦係数 dJointID c = dJointCreateContact (world, contactgroup, contact+i); dJointAttach (c, b1, b2); } }void simLoop(int pause){ if (!pause) { dSpaceCollide (space, 0, &nearCallback); dWorldQuickStep(world, 0.01); dJointGroupEmpty(contactgroup); } dsSetColor (1,1,0); for (int i=0; i<ncards; ++i) { dsSetColor (1, dReal(i)/ncards, 0); cards[i]->draw(); } }void command(int c){ switch (c) { case '=': levels++; place_cards(); break; case '-': levels--; if (levels <= 0) levels++; place_cards(); break; case ' ': place_cards(); break; }}int main(int argc, char **argv){ dInitODE(); // setup pointers to drawstuff callback functions dsFunctions fn; fn.version = DS_VERSION; fn.start = &start; fn.step = &simLoop; fn.command = &command; fn.stop = 0; fn.path_to_textures = DRAWSTUFF_TEXTURE_PATH; world = dWorldCreate(); dWorldSetGravity(world, 0, 0, -0.5); dWorldSetQuickStepNumIterations(world, 50); // <-- increase for more stability space = dSimpleSpaceCreate(0); contactgroup = dJointGroupCreate(0); ground = dCreatePlane(space, 0, 0, 1, 0); place_cards(); // run simulation dsSimulationLoop (argc,argv,WindowWidth, WindowHeight,&fn); //シミュレーション用の無限ループ levels = 0; place_cards(); dJointGroupDestroy(contactgroup); dWorldDestroy(world); dSpaceDestroy(space); dCloseODE();} |
サンプルプログラムで理解したこと
次の2つのソースは同じ動作を示します。
//箱型質量オブジェクトの設定 dMass mass; //質量クラスのオブジェクトを生成 dReal lx=1.0, ly=1.0, lz=1.0;//辺の長さ dReal density=1.0; //密度 mass.setBox(weight, lx, ly, lz); //ボックス型の質量をセットする dBodySetMass(body, &mass); //ボディに質量をセットする
//箱型質量オブジェクトの設定 dMass mass; //質量クラスのオブジェクトを生成 dReal lx=1.0, ly=1.0, lz=1.0;//辺の長さ dReal density=1.0; //密度 dMassSetBox(&mass, weight, lx, ly, lz);//ボックス型の質量をセットする dBodySetMass(body, &mass); //ボディに質量をセットする
違うのは、質量クラスのオブジェクトである変数 mass に値を代入する時に、
上は、質量クラスのメンバ関数であるSet関数を利用し、
下は、ODEのAPIであるdBodySetMass関数を利用していることです。
VisualC++ではIntelliSense（インテリセンス）機能が利用できるため（VisualC++ 2010 Expressでは現在利用できないようです）、
「mass.」というようにオブジェクトに「.」をつけると、メンバ変数とメンバ関数の一覧が候補としてリストされます。
つまり、どんなメンバ変数やメンバ関数があるのかわかるため、何ができるのかが一目でわかります（メンバの名前を見ればなんとなく見当がつきます）。
たとえ、どんなAPIがあるのかがわからなくても、オブジェクトに「.」をつけるだけなので、非常に効率的にプログラミングすることができます。
APIは直感的で一見わかりやすいですが、メンバ関数を利用したほうがいいかもしれません。
