Physik-Engine

Eine Physik-Engine ist eine Funktionseinheit der Informationstechnologie, die zur Simulation physikalischer Prozesse sowie der Berechnung objektimmanenter Eigenschaften (z. B. Impuls) dient. Ziele sind eine Vereinfachung der Programmierung und die Vermittlung von realistischen Bewegungsabläufen in einer 3D-Ansicht, beispielsweise soll eine realistische „Spielphysik“ erzielt werden. Hauptanwendungsgebiete sind moderne Computerspiele und Simulationssoftware sowie in Filmstudios zur Erzeugung von Spezialeffekten.

Dabei geht es nicht immer unbedingt um physikalische Exaktheit. Dies liegt oft an der immensen Komplexität der auf physikalischen Prozessen basierenden Berechnungen. Da in solchen Fällen meist ein Anspruch auf Echtzeitfähigkeit besteht, geht Effizienz vor Exaktheit.

Arten der Simulation
  • Physik starrer Körper (rigid body mechanics)
  • nicht elastische Physik mit Deformationen (soft body dynamics)
  • Masse-Feder Modelle (spring dynamics) u. a. als Grundlage der Simulation von Seilen und Stoff (rope bzw. cloth)
  • Partikelsysteme u. a. als Grundlage der Simulation von Flüssigkeiten (fluid dynamics) und Feuer

Rigid Body Mechanics
Open-Source-Physik-Engine Tokamak

Die Physik starrer Körper bedient sich der Gesetze der klassischen Mechanik (Newtonsche Mechanik). Das zu analysierende System wird mittels Differentialgleichungen (Newtonsche Axiome) beschrieben, welches nach Einfügen von Start- und Randbedingungen lösbar ist. Da exaktes Lösen zu aufwändig ist, werden meist Näherungsverfahren (z. B. Runge-Kutta-Verfahren) genutzt (siehe Starrkörpersimulation).

Komplizierter ist die Behandlung von Stößen, da u. a. plötzliche Richtungs- und Impulsänderungen berücksichtigt werden müssen. Man unterscheidet zwischen Kollisionserkennung und -antwort.

Physik-Engines
Engine Lizenz Weblink Betriebssystem SDK/Sourcen
Bullet Open Source bulletphysics.com Windows, Linux, Mac OS X
Box 2D (2D-Engine) Open Source box2d.org Windows, Linux, Mac OS X
IBDS Open Source impulse-based.de Windows, Linux, Mac OS X
Havok kommerziell Havok.com Windows, Mac OS (ab 4.0)
PhysX (vormals NovodeX) Open Source nvidia.com Windows, Linux C++, C# (PhysX-sharp)
Karma kommerziell – Windows
Meqon kommerziell – Windows
Newton Game Dynamics Open Source Newtondynamics.com Windows, Linux, Mac OS
Open Dynamics Engine Open Source ODE.org Windows, Linux, Mac OS X, Unix-Derivate
Tokamak Open Source tokamakphysics.com Windows C++
True Axis kommerziell trueaxis.com Windows
Phyz (Dax Phyz) kostenlos phyz.ath.cx Windows
starLiGHT.Engine kommerziell starLiGHT-Engine.de Windows, Xbox, Windows Phone 7, Silverlight C# / Microsoft XNA
Step Open Source https://edu.kde.org/step/ GNU/Linux C++

Im September 2005 hat ageia Technologies, Inc. den Konkurrenten Meqon übernommen. Somit erfährt die gleichnamige Engine keine Weiterentwicklung mehr, der Support ist aber gewährleistet. 2007 wurde Havok von Intel gekauft. Ageia, der ursprüngliche Hersteller von PhysX wurden 2008 von Nvidia gekauft.[1]

Physik-Spiele

Der Spieler muss in vielen Computerspielen die Physik-Engine im Spiel ausnutzen, um im Spiel voranzukommen. Spiele, die nur daraus bestehen, dass der Spieler Rätsel auf Basis der Physik-Engine löst, werden auch als Physik-Spiele bezeichnet. So muss der Spieler zum Beispiel mit der Schwerkraft, Flugbahnen, Reibung, Elastizität, Magnetismus und Hebelwirkungen und unterschiedlichen Fluiden und Gasen experimentieren, um Spielfiguren oder Gegenstände auf eine passende Position zu bewegen, bis das Level bestanden worden ist.

Bekannte Beispiele hierfür sind Angry Birds, Cut the Rope, Wo ist mein Wasser?, Crayon Physics Deluxe, Bridge Constructor, World of Goo und Crazy Machines. Physikspiele werden vor allem als Handy- und Browserspiel veröffentlicht und sind meist den Genres Rätsel, Denkspiele, Geschicklichkeitsspiel, Puzzle oder Jump ’n’ Run zuzuordnen. Spiele wie Angry-Birds werden aufgrund der Parabel-Form auch als Parabelspiele bezeichnet.[2][3][4]

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. zdnet.de: Nvidia kauft Ageia Technologies, 5. Februar 2008.
  2. Felix Knoke: Phantastische Physik-Spiele: Wurf, Flug, Mahlzeit! In: Spiegel Online. 22. Januar 2011 (spiegel.de [abgerufen am 30. September 2019]).
  3. Die besten Physik-Spiele für Android (Teil 1). In: Androidmag. 1. September 2013, abgerufen am 30. September 2019 (deutsch).
  4. Das Spiel mit der Physik: Rollen, werfen und fallen. Abgerufen am 30. September 2019.
Commons: Physics engine – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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