파이썬으로 실시간 물리 시뮬레이션을 위한 3D 그래픽스 프레임워크 개발

18 Oct 2023

python

이번 프로젝트에서는 파이썬을 사용하여 실시간 물리 시뮬레이션을 위한 3D 그래픽스 프레임워크를 개발해보려고 합니다. 이 프레임워크는 물리 엔진과 그래픽스 엔진을 결합하여 현실적인 물리적 상호작용과 시각적인 표현을 제공합니다.

목표

3D 그래픽스를 이용한 물리 시뮬레이션 개발
물체의 운동, 충돌, 중력 등의 물리적 상호작용 구현
시뮬레이션 결과를 실시간으로 시각화하여 사용자에게 보여주는 기능 제공

개발 계획

파이썬을 사용하여 물리 엔진을 구현합니다. 물체의 운동, 충돌 감지와 처리, 중력 등의 물리적인 특성을 적용합니다.

import numpy as np

class Body:
    def __init__(self, mass, pos, vel):
        self.mass = mass
        self.pos = pos
        self.vel = vel

    def apply_force(self, force):
        acceleration = force / self.mass
        self.vel += acceleration

    def update_position(self, dt):
        self.pos += self.vel * dt

class PhysicsEngine:
    def __init__(self):
        self.bodies = []

    def add_body(self, body):
        self.bodies.append(body)

    def update(self, dt):
        for body in self.bodies:
            # Update body's velocity and position based on applied forces
            body.update_position(dt)

그래픽스 엔진을 개발합니다. PyOpenGL을 활용하여 3D 그래픽스를 구현합니다.

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLUT import *

class GraphicsEngine:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def display_callback(self):
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        glLoadIdentity()
        
        # Draw the 3D objects
        
        glutSwapBuffers()

    def reshape_callback(self, width, height):
        glViewport(0, 0, width, height)

    def run(self):
        glutInit()
        glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH)
        glutInitWindowSize(self.width, self.height)
        glutCreateWindow(b"Physics Simulation")
        glutDisplayFunc(self.display_callback)
        glutReshapeFunc(self.reshape_callback)
        glutMainLoop()

물리 엔진과 그래픽스 엔진을 결합하여 실시간 물리 시뮬레이션을 구현합니다.

if __name__ == "__main__":
    physics_engine = PhysicsEngine()
    graphics_engine = GraphicsEngine(800, 600)

    # Create the bodies for simulation
    body1 = Body(mass=2.0, pos=np.array([0, 0, 0]), vel=np.array([0, 0, 0]))
    body2 = Body(mass=1.0, pos=np.array([2, 0, 0]), vel=np.array([0, 0, 0]))

    physics_engine.add_body(body1)
    physics_engine.add_body(body2)

    while True:
        dt = 0.01

        # Apply forces to the bodies
        # ...

        # Update the physics simulation
        physics_engine.update(dt)

        # Update the graphics display
        graphics_engine.run()

결론

이처럼 파이썬을 사용하여 실시간 물리 시뮬레이션을 위한 3D 그래픽스 프레임워크를 개발할 수 있습니다. 이를 활용하면 현실적인 물리 시뮬레이션을 구현하고 시각적으로 보여줄 수 있으며, 과학 연구나 게임 개발 등 다양한 분야에서 활용할 수 있습니다. 프로젝트를 진행하면서 추가적인 기능을 개발하고 성능을 최적화할 수도 있으니 참고 바랍니다.

#python #graphics