我所遭遇过的游戏中间件--Apex

我所遭遇过的游戏中间件--Apex

Apex是PhysX的扩展中间件,它是在PhysX的基础上封装了一层.用于实现布料,粒子,破碎这三种物理效果.我只研究其布料处理.使用Apex做物理最大的好处是:它的布料可以即受物理影响,又受骨骼蒙皮的影响.物理布料有很大的不确定性,你无法知道在做了一套动作后,布料的模拟还是否正常.然而有了骨骼蒙皮的影响,就给布料带来确定性.在PhysX的Max导出插件中,美工可以设置布料上每一个顶点受物理影响的范围.运算过程应该是先对布料上的点做骨骼蒙皮运算,再做物理模拟.

Apex是我碰到过的接口最难搞的中间件,它里面使用了大量的回调,接口十分晦涩难懂,官方文档也不够详细.好在有他们官方人员的帮助,才算搞定.但我对Apex有种很陌生的感觉,总觉得它不是我写的代码.每次出了问题维护起来都很纠结.

(1)Apex的对象属性设置
      举个布料属性设置的例子.布料LOD的设置以如下的方式进行:

     NxParameterized::setParamF32(*actorDesc, "lodWeights.maxDistance", 30.0f);
     NxParameterized::setParamF32(*actorDesc, "lodWeights.distanceWeight", 100.0f);
     NxParameterized::setParamF32(*actorDesc, "lodWeights.bias", 0.0f);
     NxParameterized::setParamF32(*actorDesc, "lodWeights.benefitsBias", 0.0f);

这是对布料按摄像机距离设置LOD的配置.这几个参数是布料lod的设置，不要和布料自己的maxdistance搞混了。APEX自己有一套分析每个布料获得计算资源的系统，它自己会计算出这套布料获得的一个LOD的权重，称为benefit。benefit的计算有一个公式:
benefit=lodWeights.distanceweight*angularimportance( distancefromeye, assetRadius )+lodweights.benefitBias
lodWeights.maxdistance这个是说进行布料计算的最大距离，如果布料和视点的距离超出这个范围，benefit就是0，布料将回归全动画状态。
lodWeights.distanceWeight，这个就是根据布料和视点的距离计算benifit的一个scale。
lodWeights.benefitbias，这个是一个权重的偏移，比如你设置0.1，那么永远都不会出现0了，布料就会一直工作。
挺复杂的吧,我到现在也没完全搞懂.然而Apex的Lod的坑比想象中的还大:它有两种LOD的概念:Graphic LOD与Physics LOD.
      Graphic LOD就是模型的LOD，具体的用法就是如果你在游戏中更新了模型的LOD，那么你可以把这个LOD等级同步到clothing上，clothing就会转而用相应的graphic lod对应的那个physics mesh来进行模拟。使用的前提是你要提供多个graphic LOD对应的physics mesh。
      Physics LOD是物理上的LOD，根据镜头到布料的距离，场景里所有的布料，硬件状况等等等等作用因素，apex会自己给布料赋予一个LOD，这个LOD的设置是基于maxdistance的大小的，比如你做一个二级LOD，可以把所有maxdistance小于50%最大值的都忽略掉，那么在二级LOD中，那些maxdistnce小于50%最大值的顶点都输出纯动画，不参与布料的更新。
      我发现Apex布料有个很奇怪的现象:不同的布料,LOD相关的参数设置相同,但发现它们物理布料开启时,与摄像机的距离不同.这个问题困扰了我好久,后来才意识到,这个距离还有布料的复杂程度有关,物理计算量小的布料其开启距离远,物理计算量大的布料其开启距离近.好智能的设计.

(2)Apex有很多属性设置与PhysX重复
      这一点让人不知该调用哪个的好,比如按帧更新物理世界操作,代码如下:

 void PhysicsSimulate(float fDeltaTime, bool finalStep)
 {
     if (m_pApexScene)
     {
         m_pApexScene->simulate(fDeltaTime, finalStep);// 如果使用了Apex则调用Apex的接口
     }
     else if (m_pNxScene)
     {
         m_pNxScene->simulate(fDeltaTime);// 如果没用Apex则调用PhysX的接口
         if (finalStep)
         {
             m_pNxScene->flushStream();
         }
     }
 }

获取物理运算结果的操作与按帧更新相似,其代码如下:

 void CPhysicsScene::GetPhysicsResults(bool block)
 {
     if (m_pApexScene)
     {
         m_pApexScene->fetchResults(block, NULL);
     }
     else if (m_pNxScene)
     {
         m_pNxScene->fetchResults(NX_RIGID_BODY_FINISHED, block);
     }
 }

Apex有自己的一套调试图形显示接口,这让我总觉得无所是从.我曾经问过他们官方这样的问题:"我显示PhysX的Debug数据，发现PhysX和APEX各提供了一套接口，它们有什么关系？NxDebugRenderable和physx::apex::NxApexRenderDebug有什么关系？我的程序中只使用NxDebugRenderable也能将APEX创建的布料显示出来。"对方的回复是:"关于debugrender的两套接口。PHYSX的管physx的内容，APEX管apex的内容，具体你可以看一下render的那些可以打开的flag,内容上基本都是自己的特有的内容。需要注意的是两套接口的渲染输出是完全不一样的，所以你可以认为他们不是一套东西。关于为啥physx的接口也能看到cloth，这个要解释一下，因为apexclothing在clothing的底层solver一直是physx的cloth，所以你用physx的cloth里的debugrender一样可以看到例如布料骨骼，顶点之类的输出。"大体意思就是,Apex又实现了一套PhysX已经有的功能.然而,后来Apex又推出一种新的布料文件格式,3X版本.这种文件加载的布料则无法使用PhysX的NxDebugRenderable显示调试图形.

还提过一个问题:APEX的NxParameterized::setParamF32(*pDebugRenderParams, "VISUALIZATION_SCALE", 1.0f);和PHYSX的m_pNxPhysicsSDK->setParameter(NX_VISUALIZATION_SCALE, 1.0f);是否是实现相同的功能？对于这个问题Nvidia的官方回复是:"两个scale的设置功能不同，apex的scale管apex的输出,physx的管physx."反正我是没明白.

(3)Apex的GPU硬件加速.
      PhysX和Apex中有好多个与硬件加速相关的设置,我花费了好长时间才搞清楚.你需要设置:操作系统是否开启的PHYSX的GPU加速,NxPhysicsSDK是否有硬件加速,NxSceneDesc的模拟方式是否有硬件加速,physx::apex::NxApexSceneDesc的GPU处理方式,创建的布料对象是否要硬件加速.总之各是各的,但有一定的先后依赖关系.
NxPhysicsSDK创建时需要设定一个gpuHeapSize,当申请GPU加速的布料所使用的显存大于这个数时,将会崩溃.于是只好每次创建布料时判断一下当前PhysX对显存的使用情况,如果超过一个数值,则只能以CPU的形式创建.此外测试发现N卡440以下的显卡,使用GPU加速容易出现崩溃，所以只能强制关闭这种卡的硬件加速．

(4)多线程处理
      我发现PhysXCore.dll会创建3个线程，ApexFramework_x86.dll会创建8个线程，我曾经问其官方这些线程具体是做什么用的，能否少创建几个？但没有明确答复.

(5)2X资源与3X资源
      Apex1.2.3版本后,提出了3X资源的布料.他们官方极力推荐我们使用3X资源.并说了一大堆3X资源的优点,如性能提高,可支持本地模拟等.但如同去商场买东西一样,售货员极力推荐的往往都不是最好的,升级到3X问题重重.首先Navida没有提供一个2X到3X的转化工具,官方的解释是2X和3X本来就不是一个世界的东西,所以没办法转化.那么要升级只能重导.而后发现有些用2X导出正常的模型,改成3X导就出现异常,比较常见的是莫名其妙的抖动.因为MAX中的模型是Z轴向上的右手坐标系,而游戏中为Y轴向上的左手坐标系,所以我会对布料APB文件进行一个转化处理,大部分转化后的3X资源文件是没有问题的,只有极少数会有抖动,也找不到什么规律.

(6)布料与非布料的合并
      如果有一件衣服,只有衣角的一部分需要做布料效果,那么没必要将整个衣服都做成布料.将其拆分开,非布料的用引擎自己的导出插件以普通模型的方式导出,布料的用PhysX的布料导出插件导出.碰到的问题是:布料与非布料在游戏中会看到一条明显的接缝,原因是PhysX的导出插件对顶点法线切线的导出方式与自己的导出插件方式不一致.虽然我寻问过Nvidia多次,PhysX的导出插件是如何处理法线切线的,但没有解决这个问题.最后的解决方法是:同时加载布料与非布料两个模型,遍历非布料模型上的顶点,如果顶点与布料上的某个顶点位置一致,则将非布料顶点的法线切线设置为布料上相应顶点的法线和切线值.