PhysX

Lo que hoy se conoce como PhysX tuvo su origen en un motor de simulación física llamado NovodeX. NovodeX era un motor de física de middleware en tiempo real desarrollado por NovodeX AG a principios de la década de 2000 y lanzado comercialmente en 2002. Si bien el nombre NovodeX es hoy en día un producto prácticamente obsoleto, la tecnología central que introdujo transformó radicalmente el desarrollo de videojuegos y la física en tiempo real, sirviendo como base arquitectónica directa para el motor PhysX, estándar en la industria actual. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

Orígenes y contexto del mercado

El motor fue creado por NovodeX AG , un grupo tecnológico suizo fundado en 2001 por investigadores e ingenieros de la ETH Zúrich (Instituto Federal Suizo de Tecnología). ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Durante el período 2001-2003, el mercado de middleware de física era altamente competitivo, pero tecnológicamente fragmentado/limitado. Los desarrolladores que buscaban implementar dinámica de cuerpos rígidos tenían que elegir entre paquetes comerciales muy costosos como Havok , middleware estrechamente integrado a motores de física específicos como Karma de MathEngine (utilizado en Unreal Engine 2 ), o soluciones de código abierto como Open Dynamics Engine (ODE) , que requerían una integración manual significativa. ^{[ 8 ]}

NovodeX irrumpió en este panorama con un solucionador que priorizaba la precisión matemática extrema y la escalabilidad de hardware con visión de futuro. NovodeX fue diseñado específicamente para manejar pilas masivas de cuerpos rígidos y restricciones de ragdoll complejas sin que colapsaran. ^{[ 9 ]}

El 1 de marzo de 2004, se lanzó la segunda versión de NovodeX Physics para uso comercial. ^{[ 10 ]}

Características técnicas

NovodeX Physics destacó como una herramienta extraordinariamente fiable para el cálculo de la física de los videojuegos en su momento. Programado íntegramente en el formato estándar C++, NovodeX fue diseñado específicamente para aprovechar la potencia de los procesadores multinúcleo y la tecnología de subprocesos múltiples. Gracias a este diseño flexible e innovador, el software podía adaptarse fácilmente a las distintas limitaciones de hardware, lo que significaba que funcionaba sin problemas tanto en ordenadores Windows comunes de la época como en consolas de sexta generación como la Xbox original , la Nintendo GameCube y la PlayStation 2 .

En lugar de un único bloque de código extenso, NovodeX era un motor altamente modular por diseño. El software se distribuía bajo tres licencias distintas, como Steel Rigid Body Physics, Granite Brittle Fracture y NovodeX Personal Edition, y su arquitectura se dividía en cinco subcomponentes distintos:

• El SDK de la Fundación: Este era el pilar fundamental del motor. No funcionaba por sí solo, sino que proporcionaba el marco matemático básico que todos los demás módulos necesitaban para funcionar.
• El SDK de colisiones: una biblioteca flexible de detección 3D. Los estudios tenían la opción de integrarlo de forma nativa con los sistemas de cuerpos rígidos de NovodeX o desacoplarlo para usarlo junto con sistemas de física externos de terceros.
• El SDK de cuerpos rígidos: Este módulo gestionaba la simulación física. Calculaba las fórmulas matemáticas del momento, la velocidad, la aceleración, la fricción, la energía y las restricciones. Si bien dependía en gran medida del SDK de Foundation, los desarrolladores no estaban limitados al sistema de colisiones nativo y podían sustituirlo por sus propias bibliotecas de detección si era necesario.
• El SDK de Substance: Este SDK fue diseñado para una simulación de materiales más compleja. Este componente independiente utilizaba el método de elementos finitos (FEM) para modelar materia volumétrica sólida y entornos. Para funcionar correctamente, debía combinarse con las matemáticas de Foundation, así como con sistemas activos de colisión y cuerpos rígidos (ya fueran propios de NovodeX o de un software de terceros).

Para ayudar a los artistas a incorporar recursos o accesorios a la simulación, el kit de herramientas NovodeX proporcionaba complementos de exportación estándar para el software 3D más popular de la época, incluyendo programas de modelado 3D como 3ds Max y MilkShape 3D. También incluía un navegador y una utilidad especializada llamada "Tetmake", que se utilizaba específicamente para generar las mallas necesarias para el SDK de Substance. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

Junto con el motor principal, el equipo lanzó una herramienta independiente llamada NovodeX Rocket. Este programa independiente y fácil de usar permitía a los diseñadores probar rápidamente nuevas ideas de juegos y, en lugar de obligarlos a escribir código C++ complejo desde cero, proporcionaba un lenguaje de scripting personalizado (PSCL) y un marco de trabajo integrado (ODF) para que pudieran crear y experimentar fácilmente con la física del juego. ^{[ 14 ]}

Integración con Unreal Engine 3

El punto de inflexión para NovodeX se produjo durante el desarrollo de Unreal Engine 3 , lanzado en 2004. Epic Games había utilizado previamente MathEngine Karma para la dinámica de cuerpos rígidos, muñecos de trapo y vehículos en Unreal Engine 2. Sin embargo, a medida que Karma se quedaba obsoleto y crecían las exigencias de la física de nueva generación, Epic comenzó a buscar un motor que lo reemplazara.

El 2 de abril de 2004, Epic Games se asoció oficialmente con NovodeX AG, integrando el solucionador de física de NovodeX de forma nativa en el flujo de trabajo de Unreal Engine 3. Esta integración marcó el fin de Karma en el ecosistema de Unreal y consolidó instantáneamente a NovodeX como el motor de física AAA más destacado. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Una unidad de procesamiento físico (PPU) es un procesador diseñado específicamente para aliviar la carga de cálculo de la CPU, en particular los cálculos relacionados con la física. Las PPU PhysX se ofrecieron a los consumidores en forma de tarjetas PCI o PCIe por ASUS , ^{[ 40 ]} BFG Technologies , ^{[ 41 ] [ 42 ]} Dell ^{[ 43 ]} y ELSA Technology . ^{[ 44 ]}

A partir de la versión 2.8.3 del SDK de PhysX, se eliminó la compatibilidad con las tarjetas PPU, y estas ya no se fabrican. ^{[ 26 ]} La última versión de la tarjeta independiente PhysX PPU diseñada por Ageia tenía aproximadamente el mismo rendimiento de PhysX que una 9800GTX  dedicada . ^{[ 45 ]}

Tras la adquisición de Ageia por parte de Nvidia, el desarrollo de PhysX dejó de lado las tarjetas de expansión PPU y se centró en las capacidades GPGPU de las GPU modernas.

Las GPU modernas son muy eficientes a la hora de manipular y mostrar gráficos por ordenador, y su estructura altamente paralela las hace más eficaces que las CPU de propósito general para acelerar las simulaciones físicas mediante PhysX.

Cualquier tarjeta gráfica GeForce compatible con CUDA (GPU de la serie 8 o posterior con un mínimo de 32 núcleos y un mínimo de 256 MB de memoria gráfica dedicada ^{[ 46 ]} ) puede aprovechar PhysX sin necesidad de instalar una tarjeta PhysX dedicada.

La tecnología PhysX es utilizada por motores de juegos como Unreal Engine (versión 3 en adelante), Unity , Gamebryo , Vision (versión 6 en adelante), Instinct Engine, ^{[ 55 ]} Panda3D , Diesel , Torque , HeroEngine y BigWorld . ^{[ 46 ]}

Como uno de los principales motores de física, se utiliza en muchos juegos, como The Witcher 3: Wild Hunt , Warframe , Killing Floor 2 , Batman: Arkham Knight , Planetside 2 y Borderlands 2. La mayoría de estos juegos utilizan la CPU para procesar las simulaciones físicas.

Los videojuegos con soporte opcional para PhysX acelerado por hardware suelen incluir efectos adicionales como tela que se desgarra, humo dinámico o escombros de partículas simulados. ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]}

Otros programas compatibles con PhysX incluyen:

• Active Worlds (AW), una plataforma de realidad virtual 3D cuyo cliente se ejecuta en Windows.
• Amazon Lumberyard , un motor de desarrollo de juegos 3D desarrollado por Amazon ^{[ 59 ]}
• Autodesk 3ds Max , Autodesk Maya y Autodesk Softimage , suites de animación por computadora ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}
• DarkBASIC Professional (con actualización DarkPHYSICS), un lenguaje de programación orientado al desarrollo de juegos ^{[ 63 ]}
• DX Studio , un entorno de desarrollo integrado para crear gráficos 3D interactivos ^{[ 64 ]}
• ForgeLight , un motor de juego desarrollado por la antigua Sony Online Entertainment .
• Herramientas de evaluación comparativa 3DMark06 y Vantage de Futuremark ^{[ 65 ]}
• Microsoft Robotics Studio , un entorno para el control y la simulación de robots ^{[ 66 ]}
• Demostraciones tecnológicas del trineo supersónico y la atracción Raging Rapids Ride de Nvidia .
• OGRE (a través del envoltorio NxOgre), un motor de renderizado de código abierto
• La capa de abstracción física, un sistema de abstracción de API de simulación física (proporciona soporte para COLLADA y Scythe Physics Editor para PhysX) ^{[ 67 ]}
• Rayfire, un complemento para Autodesk 3ds Max que permite simulaciones de fractura y otras simulaciones físicas.
• El Laboratorio de Evaluación de Motores de Física, una herramienta diseñada para evaluar, comparar y poner a prueba los motores de física. ^{[ 68 ]}
• Unreal Engine es un software de desarrollo de juegos de Epic Games . A partir de la versión 4.26 de Unreal Engine, PhysX quedó oficialmente obsoleto. ^{[ 69 ]}
• Unity de Unity ApS. La pila tecnológica orientada a datos de Unity no utiliza PhysX. ^{[ 70 ]}