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Unity3D服务器端使用PhysX计算物理

2023-11-12

本文的最终目的：

当设计师在Unity3D中制作好游戏场景后(为Gameobject拖好Collider)，通过我们写的工具导出这份场景的Collider配置，在服务器端能够生成一份一模一样的物理世界，从而由权威服务器去计算物理，诸如子弹有没有击中玩家等等。


PhysX最初是AGEIA公司开发的物理运算引擎，跟Havok，Bullet这两款旗鼓相当，后来2008年AGEIA被NVIDIA收购，NVIDIA将PhysX保密，作为NVIDIA显卡的专利，这逐渐导致了其没落，在封闭了相当长一段时间后，NVIDIA最终将其开源，目前源代码已经托管在了Github上。


PhysX支持平台和引擎如下：

硬件平台：Windows, OSX, Linux, XBOX, PlayStation, Andriod, IOS

游戏引擎：Unreal 3, Unreal 4, Unity

1. 安装PhysX

1.1 获取GitHub上PhysX源代码的权限

PhysX源码并不对所有人开放，需要向Repo的holder申请，操作步骤参考如下：详细步骤

总的来说就是4步：

  • 注册为nvidia的developer programs
  • 申请权限，在最下面填上自己的GitHub Username就可以了。
  • 1个小时后查看github绑定的邮箱，就可以看到通过申请的回复邮件了
  • 访问Github上PhysX的Repo， 就可以fork,clone下来了

1.2. PhysX安装

  • 源码clone下来之后， 按照根目录下的README.md很容的找到 /PhysX-3.3/PhysXSDK/Source/compile/目录下所需要的平台，编译出对应平台下的静态和动态链接库。
  • 集成/PhysX-3.3/Include 和 /PhysX-3.3/Lib 和 /PhysX-3.3/Bin到自己的程序使用。

备注:

在根目录下，我们会看到另外一个APEXSDK， 这个是一套读取设计师通过PhysX Lab等工具导出的设计的资源的API(资源有自己定义的格式如 “.apb”).

例如：场景中物体的摧毁效果，布料，粒子等效果，比方说其中有一个模块： Destruction Module， 有兴趣的可以看一下这套视频，半个小时左右，就了解了，这个不是这篇文章的重点。

2. Unity Editor中导出物理场景的配置

Unity中基本的Collider分为：Box Collider, Sphere Collider, Capsule Collider,以及针对精度要求较高的Mesh Collider，还有其它的一些特定应用场景下会用到的诸如Wheel Collider，Terrain Collider等等。

我们今天主要目的搭建好整个流程，只用基本类型的Collider作为例子。

我们前后台都统一使用Google Proto buffers定义场景导出的格式，以二进制格式序列化和反序列化场景。

2.1 定义Scene.proto

整个proto代码贴在了下方，我们简单说明一下，很容易就明白了。

每一个战斗场景导出一个文件，格式如下：

  1. message U3DPhysxScene
  2. {
  3. optional int32 id                                              = 1;
  4. optional string scene_name                            = 2;
  5. repeated U3DPhysxBox box_collider              = 3;
  6. repeated U3DPhysxSphere sphere_collider    = 4;
  7. repeated U3DPhysxCapsule capsule_collider = 5;
  8. repeated U3DPhysxMesh mesh_collider         = 6;
  9. }

一个场景由若干个U3DPhysxBox，U3DPhysxSphere，U3DPhysxCapsule，U3DPhysxMesh组成.

每个collider的定义很容易理解， 其中Capsule Collider在PhysX的定义如下：

package killer.proto;

enum ColliderType
{
BOX        = 1;
SPHERE  = 2;
CAPSULE = 3;
MESH      = 4;
}

message Position
{
optional double x = 1 [default = 0];
optional double y = 2 [default = 0];
optional double z = 3 [default = 0];
}

message U3DPhysxScene
{
optional int32 id                                          = 1;
optional string scene_name                         = 2;
repeated U3DPhysxBox box_collider            = 3;
repeated U3DPhysxSphere sphere_collider   = 4;
repeated U3DPhysxCapsule capsule_collider = 5;
repeated U3DPhysxMesh mesh_collider        = 6;
}

message U3DPhysxSphere
{
optional int32 id                = 1;
optional ColliderType type = 2;
optional Position pos         = 3;
optional double radius       = 4;
}

message U3DPhysxBox
{
optional int32 id                 = 1;
optional ColliderType type  = 2;
optional Position pos          = 3;
optional double x_extents  = 4;
optional double y_extents  = 5;
optional double z_extents  = 6;
}

message U3DPhysxCapsule
{
optional int32 id                = 1;
optional ColliderType type = 2;
optional Position pos         = 3;
optional double raduis       = 4;
optional double height      = 5;
}

message U3DPhysxMesh
{
optional int32 id                   = 1;
optional ColliderType type    = 2;
optional int32 vertex_count = 3;
repeated Position vertices    = 4;

}

2.2 修改Scene.proto

  • 进入Editor/BuildProtocol/Protocal
  • 修改Scene.proto, 然后运行 Editor/BuildProtocol/build.bat，这样protobuf会在 Editor/ProtoGeneratedScrips 目录下生成新的Scene.cs。
  • 然后刷新Unity，修改 Editor/SceneExtractor.cs 脚本使用新的Scene.proto的字段。

2.3 代码下载并运行

整个Unity Editor的代码(c#) 和 依赖的第三方库(proto-net)，都已经打包好了.

下载下来直接放到Unity的Assets目录下，刷新unity.

在菜单栏中： Tools->SceneExtractor->ExtractColliders

即可导出当前打开的场景为一份物理配置给后台使用。

代码托管在了Github上:

 https://github.com/sunwaylive/UsePhysXWithUnity/1.ExportScenesInUnity

3. 服务器端导入场景的配置文件，生成物理场景

因为后台在跑的服务器没有显卡，所以我们服务器端的工作，分为如下两步

3.1 在windows平台上，反序列化出场景，用OpenGL渲染测试正确性

1. 这部分工程代码也封装好了，可以下载下来直接跑

代码托管在了Github上:

 https://github.com/sunwaylive/UsePhysXWithUnity/2.RunPhysicsOnWindows

平台：windows7 x64 + Visual Studio 2013 + OpenGL

语言： C++

具体每个文件夹的含义以及如何导proto，请看工程根目录下的README.md文件。

在跑工程的时候，有可能会遇到一些问题，比方说：OpenGL没有安装等，请移步 /external 目录,里面有两张png是解决没有安装OpenGL问题的。

  • 如果没有安装OpenGL，请将 /external/GL 目录拷贝到 **/Program Files(x86)/Microsoft Visual Studio 12.0/VC/include/GL。对于Visual Studio的其它版本，放到对应的目录下去就好了。
  • 同样如果在链接阶段报lib文件找不到的话，将external/*.lib 这3个lib放到 **/Program Files(x86)/Microsoft Visual Studio 12.0/VC/lib/amd64 这个目录下去。

2. 代码结构说明

  • PhysicsSceneManager是核心的类，管理了初始化PhysX，导入场景等核心功能
  • PhysicsSceneRender和ServerCooperationRender负责渲染
  • PhysicsSceneCamera是控制相机镜头的类
  • Main.cpp是工程入口，通过RENDERFORTEST宏去控制是否开启OpenGL渲染

我们打开PhysicsSceneManager.cpp

看到最重要的两个函数： InitiPhysics()和InitiSceneFromFile().

需要注意的是m_foundation， m_physics是在程序一启动的时候就必须初始化的。

其它的代码配合PhysX的Documentation看，很容易就看明白了。

3.2 关闭OpenGL渲染，将Simulation部分的代码放到Linux上去

代码托管在了Github上: 

https://github.com/sunwaylive/UsePhysXWithUnity/3.RunPhysicsOnLinux

最后关闭 RENDERFORTEST 宏， 并删除PhysicsSceneRender.h, PhysicsSceneRender.cpp和SeverCooperationRender.cpp，并将对代码进行简单的封装，就可以放到服务器上运行了。

这一部分的代码部分可以在这里下载，但是linux下的physx环境配置需要自行安装，安装过程也很简单， 不能直接make。

目录下有一个可执行的二进制文件 PhysXTestBinary，是我们编译出来测试的。

4.运行测试

  1. Unity制作测试场景

  2. 在Windows下服务器端渲染的场景

  3. 在Linux服务器上，利用PhysX的Raycast的API， 可以正确检测其中一对点可以到达， 另外一对点由于中间Box collider的阻挡无法达到。

至此，本文完， 欢迎指正交流。


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