Bullet 学习笔记之 Soft Body Physics Pipeline

在最近几个新的版本中，Bullet 物理引擎逐步加入并完善了软体形变的仿真。btSoftBody 类用于软体的模拟，仿真场景则通过 btSoftRigidDynamicsWorld 搭建。下面简单介绍一下 Soft Body Physics Pipeline 。

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0、Overview

软体仿真的场景类 btSoftRigidDynamicsWorld 继承自 btDiscreteDynamicsWorld ，主要添加了存放软体对象的数组 m_softBodies 、软体对像的求解器 m_softBodySolver 类，并重载了函数 predictUnconstraintMotion 、 internalSingleStepSimulation ，添加了成员函数 solveSoftBodiesConstraints 、 rayTest 、 rayTestSingle 等。

在初始化阶段，新建了软体对象的求解器为 m_softBodySolver = new btDefaultSoftBodySolver() 。当向场景中添加刚体时，调用的是 btDiscreteDynamicsWorld::addRigidBody() ，向场景中添加软体时，一方面，向 btDiscreteDynamicsWorld 添加碰撞对象，同时将该软体添加到 btSoftRigidDyanmicsWrold.m_softBodies 中。

在仿真步骤的执行阶段，仍然是通过 btDiscreteDynamicsWorld::stepSimulation() 函数完成。只是，这里面的一些补充，重新改写了。

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1、仿真流程及函数分解

仿真步骤总体上仍包含在 btDiscreteDynamicsWorld::stepSimulation() 函数中，其中的部分细分函数相较于刚体仿真 场景有所变化。下面分层次列出 stepSimulation() 中的内容：

[1] btDiscreteDynamicsWorld::saveKinematicState(..);

[2] btDiscreteDynamicsWorld::applyGravity();

[3] btSoftRigidDynamicsWorld::internalSingleStepSimulation(); *

   [3.1] m_softBodySolver->optimize(getSoftBodyArray()); *

   [3.2] btDiscreteDynamicsWorld::internalSingleStepSimulation(timeStep);

     [3.2.1] btSoftRigidDynamicsWorld::predictUnconstraintMotion(..); *

        [3.2.1.1] btDiscreteDynamicsWorld::predictUnconstraintMotion(timeStep);

        [3.2.1.2] m_softBodySolver->predictMotion(float(timeStep)); *

     [3.2.2] btDiscreteDynamicsWorld::createPredictiveContacts(timeStep);

     [3.2.3] btCollisionWorld::performDiscreteCollisionDetection();

     [3.2.4] btDiscreteDynamicsWorld::calculateSimulationIslands();

     [3.2.5] btDiscreteDynamicsWorld::solveConstraints(getSolverInfo());

     [3.2.6] btDiscreteDynamicsWorld::integrateTransforms(timeStep);

     [3.2.7] btDiscreteDynamicsWorld::updateActions(timeStep);

     [3.2.8] btDiscreteDynamicsWorld::updateActivationState(timeStep);

   [3.3] btSoftRigidDynamicsWorld::solveSoftBodiesConstraints(timeStep); *

   [3.4] 遍历 btSoftRigidDynamicsWorld.m_softBodies ，执行 psb->defaultCollisionHandler(psb); *

   [3.5] m_softBodySolver->updateSoftBodies(); *

[4] btDiscreteDynamicsWorld::synchronizeMotionStates();

[5] btDiscreteDynamicsWorld::clearForces();

以上便是软体场景的仿真步骤及框架。

总体上来说，涉及软体的部分有：（1）预测软体位移 predict motion；（2）求解软体约束 solve softbodies constraints；（3）求解软体的碰撞（好像是碰撞处理，而不是求解） soft body collision handle；（4）更新软体的最终状态 update soft body。

此外，在软体-刚体 、软体-软体 的碰撞检测阶段，内部函数好像还附带了碰撞求解。

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2、软体形变仿真相关的类 btSoftBody 及 btSoftBodySolver

在软体形变仿真场景中，新加入的类主要是 btSoftBody 和 btSoftBodySolver 。

具体内容参见：

Bullet 学习笔记之 btSoftBody

Bullet 学习笔记之 btSoftBodySolver

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3、SoftBody->predictMotion

在软体形变仿真中，首先涉及到的是无约束状态下的形变计算，即 m_softBodySolver->predictMotion(float(timeStep));