本篇文章將介紹如何使用物理引擎和圖撲 3D 可視化技術(shù)來(lái)呈現(xiàn)冰壺運(yùn)動(dòng)的模擬。

Oimo.js 物理引擎

Oimo.js 是一個(gè)輕量級(jí)的物理引擎，它使用 JavaScript 語(yǔ)言編寫(xiě)，并且基于 OimoPhysics 引擎進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。Oimo.js 核心庫(kù)只有 150K ，專(zhuān)門(mén)用于在 Web 瀏覽器中模擬和顯示 3D 物理世界的交互行為，模擬物體的運(yùn)動(dòng)和碰撞行為。是一個(gè)簡(jiǎn)單易用、高性能的物理引擎，具有跨平臺(tái)、輕量級(jí)、真實(shí)可靠的特點(diǎn)，適用于 Web 游戲開(kāi)發(fā)、交互式應(yīng)用程序和模擬仿真等領(lǐng)域。

跨平臺(tái)：Oimo.js 可以在各種現(xiàn)代 Web 瀏覽器上運(yùn)行，包括桌面和移動(dòng)設(shè)備，使其成為跨平臺(tái)的解決方案。

高性能：Oimo.js 在運(yùn)行時(shí)采用了優(yōu)化的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以確保高效的計(jì)算和渲染性能。

輕量級(jí)：Oimo.js 具有輕量級(jí)的設(shè)計(jì)，使用優(yōu)化的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以提供高效的物理模擬性能，同時(shí)減少對(duì)系統(tǒng)資源的需求。

真實(shí)的物理模擬：Oimo.js 采用基于物理規(guī)則的仿真模型，能夠模擬真實(shí)世界中的物體行為，如重力、摩擦力、彈性碰撞等，使得模擬結(jié)果更加真實(shí)和可靠。

物體類(lèi)型：Oimo.js 支持多種類(lèi)型的物體，包括基本幾何體（如球體、立方體、圓柱體等）和自定義幾何體。你可以設(shè)置物體的質(zhì)量、形狀和位置等屬性。

碰撞檢測(cè)：Oimo.js 使用廣義投影算法（GJK）進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的碰撞檢測(cè)。它可以檢測(cè)物體之間的碰撞，并計(jì)算出碰撞點(diǎn)、碰撞力和碰撞反應(yīng)等信息。

關(guān)節(jié)和約束：Oimo.js 可以創(chuàng)建關(guān)節(jié)和約束，用于模擬物體之間的連接和限制條件。例如，你可以創(chuàng)建鉸鏈、彈簧和齒輪等物理效果。

可定制性：Oimo.js 提供豐富的配置選項(xiàng)和接口，使開(kāi)發(fā)者能夠根據(jù)自己的需求對(duì)物理引擎進(jìn)行定制和擴(kuò)展。

2D 和 3D 模擬：Oimo.js 可以同時(shí)處理 2D 和 3D 物理模擬。你可以使用它來(lái)模擬平面上的物體運(yùn)動(dòng)，或者創(chuàng)建具有真實(shí)物理行為的 3D 場(chǎng)景。

重力模擬：Oimo.js 可以模擬重力的效果，并根據(jù)物體的質(zhì)量和位置計(jì)算出物體所受到的重力作用力。

基于 Webworker 的并行計(jì)算：Oimo.js 利用 Web Worker 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了并行計(jì)算，將計(jì)算任務(wù)分配給多個(gè)線(xiàn)程，提高了物理模擬的性能和響應(yīng)速度。

物理引擎封裝

圖撲 HT 物理引擎插件對(duì) Oimo.js 功能進(jìn)行了封裝。將物理引擎里的球體、立方體、柱體映射到 HT 的基礎(chǔ)幾何模型球體、立方體、柱體，以及特有類(lèi)型如地板、墻體等。使用 HT SDK 統(tǒng)一的 API，開(kāi)發(fā)者只要設(shè)置 HT 里模型的屬性（位置，旋轉(zhuǎn)），與之相關(guān)的物理引擎模型自動(dòng)更新?tīng)顟B(tài)。或者反之，物理引擎的相關(guān)屬性變化會(huì)自動(dòng)同步到 HT 的模型上。實(shí)現(xiàn)了物理引擎的實(shí)時(shí)可視化。

圖撲軟件自研 HT for Web 是款基于 HTML5 標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器技術(shù)、針對(duì)監(jiān)控領(lǐng)域的數(shù)據(jù)可視化圖形組件中間件。其具有輕量、高效、易用和跨平臺(tái)等特性，提供了從 API 級(jí)的 SDK 組件庫(kù)，到 2D 和 3D 可視化編器，到行業(yè)圖標(biāo)和三維模型資源庫(kù)，構(gòu)成了一站式的數(shù)據(jù)可視化解決方案、形成了一整套實(shí)踐證明的高效開(kāi)發(fā)流程和生態(tài)體系，多年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)電信網(wǎng)管和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)可視化圖形組態(tài)中間件領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)性品牌。

初始動(dòng)畫(huà)

從冰壺運(yùn)動(dòng)的定義及規(guī)則入手，逐步闡述了采用物理引擎原理實(shí)現(xiàn)冰壺運(yùn)動(dòng)的模擬過(guò)程。同時(shí)，詳細(xì)介紹了采用 HT for Web 引擎進(jìn)行 3D 可視化項(xiàng)目制作的技術(shù)方案。

冰壺運(yùn)動(dòng)模擬

冰壺運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)具有很高技術(shù)含量的多人體育運(yùn)動(dòng)，被大家譽(yù)為“冰上國(guó)際象棋”。它是一項(xiàng)有趣、協(xié)調(diào)和戰(zhàn)略性極高的比賽，需要運(yùn)動(dòng)員精準(zhǔn)地將球送入特定的區(qū)域來(lái)贏得比賽。冰壺的比賽場(chǎng)地被稱(chēng)為“Sheet”，場(chǎng)地為長(zhǎng)方形，通常長(zhǎng) 45 米，寬 5 米，圓壘被標(biāo)示為一組環(huán)狀區(qū)域，其中心為“Button”。每組比賽時(shí)，每個(gè)隊(duì)伍輪流地將自己的球送向中心“Button”，球最靠近“Button”的隊(duì)獲勝。其作為綜合運(yùn)動(dòng)的一種，除了需要協(xié)調(diào)性、力量、及運(yùn)動(dòng)員眼力和判斷力外，還需要在場(chǎng)地上牢牢掌握比賽的走向和發(fā)展。

數(shù)字孿生仿真

近年來(lái)，冰壺運(yùn)動(dòng)逐漸引起了人們的重視。為了更好地將這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)在用戶(hù)面前，我們利用圖撲 HT 引擎進(jìn)行仿真模擬，包括水面、云彩、建筑、企鵝、郵輪等動(dòng)畫(huà)效果，為玩家提供一個(gè)更加逼真、趣味的冰壺運(yùn)動(dòng)游戲環(huán)境。

搭配物理引擎建立了一個(gè)真實(shí)的動(dòng)力學(xué)模型，包括不同的力、摩擦、重力等物理參數(shù)，使得冰壺可以在場(chǎng)地上進(jìn)行真實(shí)的運(yùn)動(dòng)。

采用圖撲 HT 物理引擎，真實(shí)復(fù)現(xiàn)冰壺在冰面上的滑行與撞擊過(guò)程，并在 3D 場(chǎng)景中呈現(xiàn)。場(chǎng)景內(nèi)涉及物理引擎模擬的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)包括：飛行軌跡的計(jì)算、碰撞檢測(cè)、摩擦力模擬等，具有很高的技術(shù)含量。

3D 鳥(niǎo)瞰圖

在玩家游戲過(guò)程中，不僅能以第一人稱(chēng)形式感受 HT 3D 冰壺場(chǎng)景，還能通過(guò)場(chǎng)景上方的 3D 鳥(niǎo)瞰圖得到第三人稱(chēng)俯瞰視角，從而全面縱覽賽場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，獲得更直觀(guān)、更全面的賽場(chǎng)信息，以及更佳優(yōu)質(zhì)的游戲體驗(yàn)。

操作體驗(yàn)

在 3D 可視化方面，案例采用圖撲 HT 引擎實(shí)現(xiàn)了冰壺的視覺(jué)呈現(xiàn)，采用真實(shí)的材質(zhì)、光照和貼圖等技術(shù)手段，讓冰壺在 3D 場(chǎng)景中更具生動(dòng)感。同時(shí)，用戶(hù)也可以通過(guò)調(diào)整視角、放大縮小等方式體驗(yàn)冰壺游戲中的各種細(xì)節(jié)。

勝負(fù)比分

當(dāng)紅藍(lán)雙方對(duì)局結(jié)束后，場(chǎng)景將跳轉(zhuǎn)至對(duì)局結(jié)果動(dòng)畫(huà)頁(yè)面，展示雙方勝負(fù)結(jié)果。如想再戰(zhàn)，用戶(hù)可點(diǎn)擊“Restart”按鈕，即可繼續(xù) PK！

本篇文章充分利用圖撲 HT 物理引擎和 3D 可視化技術(shù)，讓讀者在體驗(yàn)冰壺運(yùn)動(dòng)真實(shí)感的同時(shí)，也能夠更深入的了解到這些技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的作用和意義，一定程度上拓展了讀者對(duì)于冰壺運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知。

HT 開(kāi)發(fā)引擎與產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

若要開(kāi)發(fā)一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化可視化應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)高性能、交互體驗(yàn)優(yōu)化等功能，可選擇使用 HT for Web 引擎進(jìn)行開(kāi)發(fā)。以下是關(guān)于圖撲 HT 在這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中的開(kāi)發(fā)引擎和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

開(kāi)發(fā)引擎：

HT for Web 采用了獨(dú)創(chuàng)的自定義格式渲染引擎，具有極致的性能，可承受上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)以上的圖元量，滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的需求。同時(shí)，HT for Web 的自定義事件系統(tǒng)和視圖管理器，可以幫助開(kāi)發(fā)者快速實(shí)現(xiàn) UI 組件、交互邏輯等方面的開(kāi)發(fā)。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

支持 2D 和 3D 無(wú)縫融合，可復(fù)用素材資源，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的可視化展示有很大的幫助。

自定義交互邏輯，無(wú)需二次開(kāi)發(fā)，只需要關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，同時(shí)支持多種接口，能夠滿(mǎn)足各種用戶(hù)交互需求。

支持 UI 庫(kù)顯示圖片，無(wú)需為不同視網(wǎng)膜分辨率下載不同圖片，并在 3D 內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn) LOD 的動(dòng)態(tài)變化功能，提高用戶(hù)體驗(yàn)和應(yīng)用性能。

可將 2D 和 3D 場(chǎng)景互相嵌套疊加、旋轉(zhuǎn)和縮放，高度組件化無(wú)縫融合，方便開(kāi)發(fā)者進(jìn)行靈活的展示和交互。

可承載十萬(wàn)以上級(jí)別的 2D、3D 及 UI 的表格樹(shù)通用組件圖元量，滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的可視化需求。

采用事件機(jī)制進(jìn)行界面局部更新，避免頻繁無(wú)意義的界面刷新，提高應(yīng)用響應(yīng)性能和用戶(hù)體驗(yàn)。

使用 HT for Web 開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)者可以快速實(shí)現(xiàn)高性能、跨平臺(tái)的圖形展示和交互效果，提高軟件的可用性和用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)也提高開(kāi)發(fā)效率和代碼可維護(hù)性，促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域高速發(fā)展。

總之，在 Web 端應(yīng)用 Oimo.js 物理引擎可以為用戶(hù)提供更加真實(shí)、生動(dòng)的交互體驗(yàn)，同時(shí)也方便開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的物理效果，提升應(yīng)用的效果。

實(shí)現(xiàn)真實(shí)物理效果：Oimo.js 物理引擎可以模擬真實(shí)世界中的物理效果，如重力、碰撞、摩擦等。通過(guò)使用該引擎，可以讓 Web 應(yīng)用中的物體互相交互，并且表現(xiàn)出逼真的物理行為。

提升用戶(hù)體驗(yàn)：將 Oimo.js 物理引擎應(yīng)用到 Web 應(yīng)用中，可以給用戶(hù)帶來(lái)更加真實(shí)的交互體驗(yàn)。比如，在游戲中，玩家角色受物理引擎的影響可以做出更加具有沖擊力的動(dòng)作，增加游戲的樂(lè)趣。

增加可視化效果：利用 Oimo.js 物理引擎，可以實(shí)現(xiàn)各種有趣的特效和動(dòng)畫(huà)效果，比如倒塌的建筑物、流動(dòng)的液體等。這些效果可以提升 Web 應(yīng)用的可視化效果，吸引用戶(hù)的注意力。

輔助開(kāi)發(fā)效率：Oimo.js 物理引擎提供了一系列的 API 和功能，可以簡(jiǎn)化物理計(jì)算的過(guò)程。開(kāi)發(fā)人員可以利用這些功能快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的物理效果，提高開(kāi)發(fā)效率。

審核編輯 黃宇