PhysX

現在 PhysX として知られているものは、NovodeX と呼ばれる物理シミュレーション エンジンとして始まりました。NovodeX は、2000 年代初頭にNovodeX AGによって開発されたリアルタイム ミドルウェア物理エンジンで、2002 年に商用リリースされました。NovodeX という名前は今日ではほとんど過去の製品ですが、この製品が導入したコア技術は、ゲーム開発とビデオゲームのリアルタイム物理を根本的に変革し、今日の業界標準であるPhysXエンジンの直接的なアーキテクチャ基盤となりました。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

起源と市場環境

このエンジンは、2001年にチューリッヒ工科大学（スイス連邦工科大学）の研究者とエンジニアによって設立されたスイスのテクノロジーグループであるNovodeX AGによって開発されました。 ^{[ 6 ] [ 7 ]}

2001年から2003年の期間、物理ミドルウェア市場は競争が激しかったものの、技術的には断片化/制限されていました。剛体ダイナミクスを実装しようとする開発者は、 Havokのような非常に高価な商用パッケージ、MathEngineのKarma（Unreal Engine 2で使用）のような特定の物理エンジンに密接に結合したミドルウェア、またはOpen Dynamics Engine（ODE）のようなオープンソースソリューションの中から選択する必要がありましたが、後者は大幅な手動統合が必要でした。^{[ 8 ]}

NovodeXは、極めて高い数学的精度と先進的なハードウェアスケーリングを優先したソルバーでこの分野に参入しました。NovodeXは、巨大な剛体のスタックと複雑なラグドール拘束を崩壊させることなく処理するように特別に設計されました。^{[ 9 ]}

2004年3月1日、NovodeX Physicsの第2版が商用利用向けにリリースされた。^{[ 10 ]}

技術的特徴

NovodeX Physicsは、当時としてはゲーム物理演算のための非常に信頼性の高いツールとして際立っていました。NovodeXは完全に標準C++形式でプログラミングされており、マルチコアプロセッサとマルチスレッド技術のパワーを最大限に活用できるように特別に設計されていました。この柔軟で先進的な設計のおかげで、ソフトウェアはさまざまなハードウェアの制約に容易に対応でき、当時の一般的なWindows PCでも、初代Xbox、ニンテンドーゲームキューブ、PlayStation 2といった第6世代ゲーム機と同様にスムーズに動作しました。

NovodeXは、単一の大きなコードブロックではなく、設計上、高度にモジュール化されたエンジンでした。このソフトウェアは、Steel Rigid Body Physics、Granite Brittle Fracture、NovodeX Personal Editionという3つの異なるライセンスで配布され、そのアーキテクチャは5つの異なるサブコンポーネントに分割されていました。

• Foundation SDK：これはエンジンの基盤となるものでした。それ自体では機能せず、他のすべてのモジュールが動作するために必要な、中核となる数学的フレームワークを提供するものでした。
• 衝突検出SDK：柔軟性の高い3D検出ライブラリ。スタジオは、これをNovodeX独自の剛体システムとネイティブに組み合わせることも、外部のサードパーティ製物理パイプラインと併用するために切り離して使用することも選択できました。
• 剛体SDK：このモジュールは、実際の物理シミュレーションを処理します。運動量、速度、加速度、摩擦、エネルギー、および拘束条件の背後にある数学的計算を行います。Foundation SDKに大きく依存していましたが、開発者はネイティブの衝突システムに縛られることなく、必要に応じて独自の検出ライブラリを使用することができました。
• Substance SDK：このSDKは、より複雑な材料シミュレーション向けに設計されており、このスタンドアロンコンポーネントは有限要素法（FEM）を用いて固体体積物質と環境をモデル化します。正しく機能させるには、Foundationの数学機能、アクティブ衝突システム、および剛体システム（NovodeX自体にネイティブなものか、サードパーティ製ソフトウェアのものかを問わず）と組み合わせる必要がありました。

アーティストが実際にアセットや小道具をシミュレーションに取り込めるように、NovodeX ツールキットは、3ds Maxや MilkShape 3D などの当時の人気 3D ソフトウェアの標準エクスポート プラグインを提供しました。また、ブラウザと、「Tetmake」と呼ばれる特殊なユーティリティも搭載しており、これは Substance SDK で必要とされるメッシュを生成するために特別に使用されました。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

メインエンジンに加えて、チームは NovodeX Rocket と呼ばれる別のサンドボックスツールをリリースしました。このユーザーフレンドリーなスタンドアロンプ​​ログラムにより、デザイナーは新しいゲームのアイデアを迅速にテストすることができ、複雑な C++ コードを一から書く必要はなく、カスタムスクリプト言語 (PSCL) と組み込みフレームワーク (ODF) が提供されるため、ゲームの物理演算を簡単に構築して実験することができました。^{[ 14 ]}

Unreal Engine 3との統合

NovodeXにとって大きな転換点となったのは、2004年にリリースされたUnreal Engine 3の開発中だった。Epic Gamesはそれまで、 Unreal Engine 2で剛体ダイナミクス、ラグドール、乗り物を制御するためにMathEngine Karmaを使用していた。しかし、Karmaが時代遅れになり始め、次世代の物理演算に対する要求が高まるにつれ、Epicは次世代エンジンの代替となるものを探し始めた。

2004年4月2日、Epic GamesはNovodeX AGと正式に提携し、NovodeXの物理ソルバーをUnreal Engine 3のパイプラインにネイティブに統合しました。この統合により、UnrealエコシステムにおけるKarmaの終焉が事実上始まり、NovodeXはAAA級の物理エンジンとして一気に地位を確立しました。^{[ 15 ] [ 16 ]}

物理処理ユニット（PPU）は、CPUの計算負荷、特に物理演算に関連する計算負荷を軽減するために特別に設計されたプロセッサです。PhysX PPUは、ASUS ^{[ 40 ]}、BFG Technologies ^{[ 41 ] [ 42 ]、Dell [43]}、ELSA ^{Technology [ 44} ]によって^{PCIまたはPCIe}カードの形で消費者に提供されました。

PhysX SDK のバージョン 2.8.3 以降、PPU カードのサポートは終了し、PPU カードは製造されなくなりました。^{[ 26 ]} Ageia が設計した PhysX PPU スタンドアロン カードの最後のバージョンは、専用の9800GTX とほぼ同じ PhysX パフォーマンスでした。^{[ 45 ]}

NvidiaがAgeiaを買収した後、PhysXの開発はPPU拡張カードから離れ、最新のGPUのGPGPU機能に重点を置くようになった。

最新のGPUはコンピュータグラフィックスの操作と表示において非常に効率的であり、その高度に並列化された構造により、PhysXを用いた物理シミュレーションの高速化において汎用CPUよりも効果的である。

CUDA対応のGeForceグラフィックカード（8シリーズ以降のGPUで、最低32コア、最低256MBの専用グラフィックメモリ^{[ 46 ]} ）であれば、専用のPhysXカードをインストールしなくてもPhysXを利用できます。

PhysXテクノロジーは、 Unreal Engine（バージョン3以降）、Unity、Gamebryo、Vision（バージョン6以降）、Instinct Engine、^{[ 55 ]} Panda3D、Diesel、Torque、HeroEngine、BigWorldなどのゲームエンジンで使用されています。^{[ 46 ]}

数少ない主要な物理エンジンの一つとして、『ウィッチャー3 ワイルドハント』、『ウォーフレーム』、『キリングフロア2』、『バットマン：アーカム・ナイト』、『プラネットサイド2』、『ボーダーランズ2』など、多くのゲームで使用されています。これらのゲームのほとんどは、CPUを使用して物理シミュレーションを処理しています。

ハードウェアアクセラレーションによる PhysX をオプションでサポートするビデオゲームには、破れる布、動的な煙、シミュレートされた粒子破片などの追加効果が含まれていることが多い。^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]}

PhysXをサポートするその他のソフトウェアには、以下のものがあります。

• Active Worlds (AW) は、Windows 上で動作するクライアントを備えた 3D 仮想現実プラットフォームです。
• Amazon Lumberyardは、 Amazonが開発した3Dゲーム開発エンジンです^{[ 59 ]}
• Autodesk 3ds Max、Autodesk Maya、Autodesk Softimage、コンピュータアニメーションスイート^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}
• DarkBASIC Professional（DarkPHYSICSアップグレード付き）は、ゲーム開発を目的としたプログラミング言語です^{[ 63 ]。}
• DX Studioは、インタラクティブな3Dグラフィックスを作成するための統合開発環境です^{[ 64 ]}
• ForgeLightは、旧ソニー・オンライン・エンタテインメントが開発したゲームエンジンです。
• Futuremarkの3DMark06およびVantageベンチマークツール^{[ 65 ]}
• Microsoft Robotics Studioは、ロボットの制御とシミュレーションのための環境です^{[ 66 ]}
• NvidiaのSuperSonic SledとRaging Rapids Ride、技術デモ
• OGRE（NxOgreラッパー経由）は、オープンソースのレンダリングエンジンです。
• 物理抽象化レイヤーは、物理シミュレーションAPI抽象化システムです（PhysX用のCOLLADAおよびScythe Physics Editorのサポートを提供します） ^{[ 67 ]}
• Rayfireは、 Autodesk 3ds Max用のプラグインで、破壊などの物理シミュレーションを可能にします。
• 物理エンジン評価ラボは、物理エンジンを評価、比較、ベンチマークするために設計されたツールです。^{[ 68 ]}
• Epic GamesのUnreal Engineゲーム開発ソフトウェア。Unreal Engine 4.26 以降では、PhysX は正式に非推奨となりました。^{[ 69 ]}
• UnityはUnity ApSによって開発されました。Unityのデータ指向テクノロジースタックはPhysXを使用していません。^{[ 70 ]}