[c++] 물리학 시뮬레이션 라이브러리 활용하기

07 Dec 2023

물리학 시뮬레이션은 실제 세계의 물리 법칙을 컴퓨터 모델로 구현하여 다양한 상황을 시뮬레이션하는 과정을 말합니다. 이러한 시뮬레이션을 구현할 때 C++ 프로그래밍 언어를 사용하는 것은 효율적이고 성능 좋은 코드를 작성하는 데 큰 장점이 있습니다.

C++ 라이브러리를 사용하면 물리학 시뮬레이션을 더 쉽게 구현할 수 있습니다. 여기에서는 C++ 라이브러리를 사용하여 간단한 물리학 시뮬레이션을 구현하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

1. 라이브러리 선택

C++로 물리학 시뮬레이션을 구현하는 가장 인기있는 라이브러리 중 하나는 Bullet Physics Library입니다. 이 라이브러리는 3차원 물리 시뮬레이션을 구현하는 데 사용되며, 다양한 종류의 물리적 객체를 다루는 데 도움이 됩니다.

2. 라이브러리 설치

먼저, Bullet Physics Library를 다운로드하고 설치해야 합니다. 설치하는 방법은 운영체제 및 환경에 따라 다를 수 있으므로 해당 라이브러리의 공식 웹사이트나 설치 가이드를 참고하는 것이 좋습니다.

3. 예제 코드 작성

아래는 Bullet Physics Library를 사용하여 간단한 물리학 시뮬레이션을 구현하는 예제 코드입니다.

#include <btBulletDynamicsCommon.h>
#include <iostream>

int main() {
  // 물리 세계 생성
  btBroadphaseInterface* broadphase = new btDbvtBroadphase();
  btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();
  btCollisionDispatcher* dispatcher = new btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);
  btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver();
  btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld = new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher, broadphase, solver, collisionConfiguration);
  dynamicsWorld->setGravity(btVector3(0, -10, 0));

  // 물리 객체 생성
  btCollisionShape* groundShape = new btStaticPlaneShape(btVector3(0, 1, 0), 1);
  btCollisionShape* fallShape = new btSphereShape(1);

  // 객체의 위치와 회전 설정
  btTransform groundTransform;
  groundTransform.setIdentity();
  groundTransform.setOrigin(btVector3(0, -1, 0));

  btTransform fallTransform;
  fallTransform.setIdentity();
  fallTransform.setOrigin(btVector3(0, 50, 0));

  // 객체의 운동학 속성 정의
  btScalar mass = 1;
  btVector3 fallInertia(0, 0, 0);
  fallShape->calculateLocalInertia(mass, fallInertia);

  // 객체를 물리 세계에 추가
  btDefaultMotionState* groundMotionState = new btDefaultMotionState(groundTransform);
  btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo groundRigidBodyCI(0, groundMotionState, groundShape, btVector3(0, 0, 0));
  btRigidBody* groundRigidBody = new btRigidBody(groundRigidBodyCI);
  dynamicsWorld->addRigidBody(groundRigidBody);

  btDefaultMotionState* fallMotionState = new btDefaultMotionState(fallTransform);
  btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo fallRigidBodyCI(mass, fallMotionState, fallShape, fallInertia);
  btRigidBody* fallRigidBody = new btRigidBody(fallRigidBodyCI);
  dynamicsWorld->addRigidBody(fallRigidBody);

  // 시뮬레이션 실행
  for (int i = 0; i < 300; i++) {
    dynamicsWorld->stepSimulation(1 / 60.f, 10);

    // 객체의 위치 출력
    btTransform trans;
    fallRigidBody->getMotionState()->getWorldTransform(trans);
    printf("sphere height: %f\n", trans.getOrigin().getY());
  }

  // 메모리 해제
  dynamicsWorld->removeRigidBody(fallRigidBody);
  delete fallRigidBody->getMotionState();
  delete fallRigidBody;
  dynamicsWorld->removeRigidBody(groundRigidBody);
  delete groundRigidBody->getMotionState();
  delete groundRigidBody;
  delete fallShape;
  delete groundShape;
  delete dynamicsWorld;
  delete solver;
  delete dispatcher;
  delete collisionConfiguration;
  delete broadphase;

  return 0;
}

위의 코드는 Bullet Physics Library를 사용하여 구체(Sphere)가 중력에 의해 떨어지는 시뮬레이션을 구현한 것입니다. 객체의 초기위치, 운동학적 속성 및 시뮬레이션 스텝마다 객체의 위치를 출력하는 간단한 예제입니다.

결론

C++ 라이브러리를 활용하여 물리학 시뮬레이션을 구현하는 것은 다양한 현실적인 상황을 모델링하고 시뮬레이션하는 데 효과적인 방법입니다. Bullet Physics Library를 비롯한 여러 물리 라이브러리를 활용하여 물리학 시뮬레이션에 대한 이해를 높이고 실제 응용 프로젝트에 적용해 보는 것이 유용할 것입니다.

References

Bullet Physics Library

참고 문헌: https://pybullet.org/wordpress/