ODEで学ぶC言語2　[Step4: 関数]

今までのプログラムでは描画だけでしたが，今回からシミュレーションやゲームを作るために必要な動力学計算や衝突検出計算も含んでいます．サンプルプログラムとしては，物理シミュレーションで最も簡単な物体の落下を取り上げます．C言語などのプログラミングの教科書では初めの例題はHello Worldを表示する例が定番です。ここではHello Worldの物理シミュレーション版を紹介します．

• API

  ここでは簡単にするためにODEのAPIを元に，超簡単なAPIを作成しました．ただし、ODEのAPIのように細かいことはできません。

  • void dmInit()；
    シミュレーションを初期化します．
  • void dmCreateSphere(dmObject *obj, double p[3], double R[12], double m, double r, double color[3]);
    球を作成します．引数のp[3]は位置(x,y,z)[m]，R[12]は姿勢（回転行列）, mは質量[kg]，rは半径[m]，color[3]は色(赤，緑，青各成分、値は0以上1以下）です．
  • void dmSimStep();
    シミュレーションを１ステップ進めます．
  • dmDraw(MyObject obj);
    引数のオブジェクトobjを描画する．
    
• ソースコード
  次に、詳しいコメントのついたソースコードを以下に示します。main関数から読んでください。

  /* step4 リンゴ（林檎）の落下 　*/
  #include "dm4.h"
  
  dmObject apple;  // リンゴ
  
  void simLoop(int pause)           /***  シミュレーションループ　***/
  {
      dmSimStep(); // シミュレーションを１ステップ進める
      dmDraw(apple);   // リンゴの描画
  }
  
  int main()   /*** main関数 ***/
  {
      double p1[3] = {0.0, 0.0, 2.0}; // 位置 [m]
      double R[12] = {1,0,0,0, 0,1,0,0, 0,0,1,0}; // 姿勢（回転行列）
  
      double red[3]    = {1.0, 0.0, 0.0};　// 赤色
      double r = 0.2, m = 1.0;  // 半径[m],質量[kg]
  
      dmInit(); // 初期化
      dmCreateSphere(&apple, p1, R, m, r, red); // 球の作成
      dmLoop(800, 600, simLoop, NULL);  // ウインドウの幅，高, ループ関数，コマンド関数
      dmClose(); // 終了処理
  
      return 0;
  }

  • これは赤い玉の自由落下のプログラムです。まず、dmInit()でシミュレーションを初期化します。
  • 次に物体を作ります．球を作るAPIはdmCreateSphere()です．
  • 物体の生成が終わったら、次はシミュレーションを１ステップ進めます。dmLoop()の中身はwhileループになっていて、繰り返しsimLoop関数が呼び出しています。dmLoop()の一番最後の引数がNULLになっているのは、このサンプルプログラムではキー操作可能なcommand関数がないからです。前回の例のようにcommand関数がある場合はNULLの代わりにcommandを入れてください。
  • お次は物体の描画です．dmDraw(apple)で落下する球を表示しています。dmDraw()の引数は表示したい物体をいれてください。
  • 最後にシミュレーションをdmClose()で終了します．なお、小文字のdmで始まる関数は私がこの講義用にODEのAPI(application interface)を元に作成したものです．
• ホームワーク
  1. step4-100709.zipをダウンロードして実行しよう！
  2. 次のAPIを使い青いボックスを位置p[3]={0.0, 1.0, 2.0}に作成し，落下させるプログラムを作ってください．
     • void dmCreateBox(dmObject *obj, double p[3], double R[12], double m, double side[3],  double color[3]);
     • 物体 obj, 位置　p[3], 　姿勢（回転行列）R[12],  質量　m, サイズ(x,y,z) side[3], 色　color[3]
     • なお、回転行列は3×3行列ですが、ODEでは高速化のために3×4行列として各行の最後に0を追加しています。
  3. 今度は緑色の円柱を位置(0.0, -1.0, 2.0)に作成し，落下させなさい．
     • void dmCreateCylinder(dmObject *obj, double p[3], double R[12], double m, double r, double l, double color[3]);
     • 物体 obj, 位置　p[3], 　姿勢　R[12],  サイズ sides[3], 半径 r, 長さ l,　質量　m, 色　color[3]
  4. 最後に，黄色のカプセルを位置(-1, 0, 2)に作成し，落下させなさい．
     • dBodyID  dmCreateCapsule(dmObject *obj, double p[3], double R[12], double m, double r, double l, double color[3]);
     • 物体 obj, 位置　p[3], 　姿勢　R[12],  サイズ sides[3], 半径 r, 長さ l,　質量　m, 色　color[3]

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