定常に近い物理オブジェクト間のジッターを防ぐにはどうすればよいですか？

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私はカスタムの物理エンジンを実装しており、思い通りに機能するようになっています。重力、衝突、衝突応答があります。残念ながら、ほとんど静止しているオブジェクトの間にジッターがあるようですが、ほとんどの場合、変更できない低物理ティックが原因です。

ボックスのジッター内にスタックされた円。

私はオンラインで調べて、自分の試みのいくつかを含め、見つけた実装のいくつかを試しました。これが私が試した解決策です：

  • 速度/運動量/ポテンシャルエネルギーがしきい値を下回るときの動きの減衰。
  • 速度/運動量/ポテンシャルエネルギーがしきい値を超えている場合にのみ重力を適用します。
  • スリープ機能の実装。これは、最後の60フレームのオブジェクトの位置をチェックし、しきい値の境界ボックスの外に移動していない場合はスリープします。
  • 衝突テストと解決を適用するときに、オブジェクトを上から下に反復します。

これが私のコードです：

for each (auto ball in m_Balls)
{
    ball->Update(t);
    ball->Accelerate(m_Gravity);
}

// This disgusting hack sorts the balls by height. In a more complete physics
// implementation, I guess I could change the sorting based on the direction of
// gravitational force. This hack is necessary to prevent balls being pulled downwards
// into other balls by gravity; by calculating from the bottom of the pile of
// objects, we avoid issues that occur when adjustments push the object towards gravity.
m_Balls.sort([](const CSprite* a, const CSprite* b) 
    {return a->m_pos.m_y < b->m_pos.m_y; });

static float cor = 0.8f;

for each (auto ball in m_Balls)
{
    for each (auto collider in m_Walls)
    {
        if (collider->HitTest(ball, 1))
        {
            float offset = 0;
            auto n = Helper::GetNormal(ball, collider, offset);

            ball->SetPosition(ball->GetPosition() + (n * offset));

            auto r = ball->GetVelocity() - ((1 + cor) * Dot(ball->GetVelocity(), n) * n);

            ball->SetVelocity(r);

            ball->SetPosition(ball->GetPosition() + ball->GetVelocity() * DeltaTime());
        }
    }

    CVector adjustment;

    for each (auto collider in m_Balls)
    {
        if (ball == collider) 
        { 
            break;
        }

        auto diff = collider->GetPosition() - ball->GetPosition();

        float distance = diff.Length();

        if (distance <= (ball->GetWidth() / 2) + (collider->GetWidth() / 2))
        {
            auto midPoint = (ball->GetPosition() + collider->GetPosition()) * 0.5f;

            adjustment = diff.Normalise() * (ball->GetWidth() / 2 
                - Distance(ball->GetPosition(), midPoint));
            ball->SetPosition(ball->GetPosition() - adjustment);
            diff = collider->GetPosition() - ball->GetPosition();

            if (Dot(ball->GetVelocity() - collider->GetVelocity(), diff) > 0)
            {
                auto n = diff.Normalise();
                auto u = Dot(cor * ball->GetVelocity() - collider->GetVelocity(), n) * n;
                ball->Accelerate(-u);
                collider->Accelerate(u);
            }
        }
    }

    if (ball->GetSpeed() > MAX_SPEED)
    {
        ball->SetSpeed(MAX_SPEED);
    }
}

定常に近い物理オブジェクト間のジッターを防ぐにはどうすればよいですか？

physics  vector  collision-resolution 
— あらまあ
ソース
1
— DMGregory

回答:

1

さて、私のブーリアンチェックの1つがこの問題を引き起こしていたことがわかりました。

このコードはここにあります：

if (ball == collider) 
{ 
    break;
}

すべてを壊していた。自分自身との衝突を単に無視するという印象を受けましたが、何らかの理由で、正しい順序で衝突が発生するのを防ぎました。正確な理由はわからないが、私が使用しているゲームエンジンのバグだと思う。とにかく、これがすべてのボールのスリープ状態を実装する作業コードです。30フレーム後の動きが特定の境界領域に限定されると、オブジェクトはスリープ状態になり、その間力は適用されません（この重力インスタンス）。この境界領域の外側に何か（通常は調整または別のボールによる衝突）によってシフトされた後、目覚めます。

    // This disgusting hack sorts the balls by height
    // In a more complete physics implementation I guess I could change the sorting based on the direction of gravitational force
    // This hack is necessary to prevent balls being pulled downwards into other balls by gravity... By calculating
    // From the bottom of the pile of objects, we avoid issues that occur when adjustments push the object towards gravity.
    m_Balls.sort([](const CSprite* a, const CSprite* b) { return a->m_pos.m_y < b->m_pos.m_y; });

    static float cor = 0.5f;

    for each (auto ball in m_Balls)
    {
        ball->Update(t);

        if (jitterBoundX[ball].size() < 30)
        {
            jitterBoundX[ball].push_back(ball->GetX());
            jitterBoundY[ball].push_back(ball->GetY());
        }
        else
        {
            jitterBoundX[ball].pop_front();
            jitterBoundY[ball].pop_front();
            jitterBoundX[ball].push_back(ball->GetX());
            jitterBoundY[ball].push_back(ball->GetY());

            float minx = jitterBoundX[ball].front();
            float maxx = minx;

            for each (auto f in jitterBoundX[ball])
            {
                if (f < minx) { minx = f; }
                if (f > maxx) { maxx = f; }
            }

            float miny = jitterBoundY[ball].front();
            float maxy = miny;

            for each (auto f in jitterBoundY[ball])
            {
                if (f < miny) { miny = f; }
                if (f > maxy) { maxy = f; }
            }

            auto xdif = maxx - minx;
            auto ydif = maxy - miny;

            if (ball->GetState() == 0 && xdif < 3 && ydif < 3)
            {
                ball->SetState(1);
            }
            else if (ball->GetState() == 1 && (xdif > 3 || ydif > 3))
            {
                ball->SetState(0);
            }
        }

        if (ball->GetState() == 0) 
        {
            ball->Accelerate(m_Gravity);
        }
        else
        {
            ball->SetVelocity(CVector(0, 0));
        }

        if (IsLButtonDown())
        {
            ball->Accelerate(0.3f * ((CVector)GetMouseCoords() - ball->GetPosition()));
        }

        for each (auto collider in m_Walls)
        {
            if (collider->HitTest(ball, 1))
            {
                float offset = 0;
                auto n = Helper::GetNormal(ball, collider, offset);

                ball->SetPosition(ball->GetPosition() + (n * offset));

                auto r = ball->GetVelocity() - ((1 + cor) * Dot(ball->GetVelocity(), n) * n);

                ball->SetVelocity(r);
            }
        }

        CVector adjustment;

        for each (auto collider in m_Balls)
        {
            // This breaks everything.
            //if (ball == collider) 
            //{ 
            //  break;
            //}

            if (ball->HitTest(collider, 0))
            {
                auto diff = collider->GetPosition() - ball->GetPosition();

                float distance = diff.Length();

                if (ball->HitTest(collider, 0))
                {
                    if (distance < (ball->GetWidth() / 2) + (collider->GetWidth() / 2))
                    {
                        auto midPoint = (ball->GetPosition() + collider->GetPosition()) * 0.5f;

                        auto discrepancy = (collider->GetWidth() / 2 - Distance(collider->GetPosition(), midPoint));
                        adjustment = diff.Normalise() * discrepancy;
                        collider->SetPosition(collider->GetPosition() + adjustment);
                        diff = collider->GetPosition() - ball->GetPosition();

                        //This actually seems to contribute to the wandering issue, it seems worth calculating the opposite collision
                        //As there may be adjustments made to the position during the previous iteration...
                        //if (gridSquares[GetGridIndex(midPoint, SPHERE_RAD)] == true)
                        //{
                        //  break;
                        //}
                        //gridSquares[GetGridIndex(midPoint, SPHERE_RAD)] = true;

                        if (Dot(ball->GetVelocity() - collider->GetVelocity(), diff) > 0)
                        {
                            auto n = diff.Normalise();
                            auto u = Dot(cor * ball->GetVelocity() - collider->GetVelocity(), n) * n;
                            ball->Accelerate(-u);
                            collider->Accelerate(u);
                        }
                    }
                }
            }
        }

        if (ball->GetSpeed() > MAX_SPEED)
        {
            ball->SetSpeed(MAX_SPEED);
        }
    }
— あらまあ
ソース
おそらくブレークが物事を破壊していた理由：コライダーをループしていて、自分との衝突をスキップしたい。ただし、ボールをスキップするときは、残りのコライダーを最後まで通過する必要があります。breakを使用すると、ループが終了し、残りのコライダーをチェックする機会がありません。変更されたコードは、ball！= colliderかどうかを確認し、すべての処理を行うことで、これを本質的に回避します。
— Richard Hansen
こんにちはリチャード-昨夜ベッドに座っているときにこれを実現しました...私が気にせずにコーヒーなしで書いたコードの良い例...
— あらまあ
@Gnemlock申し訳ありませんが、完了しました。
— あらまあ
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