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Code archives/3D Graphics - Maths/Verlet Physics (incomplete)

This code has been declared by its author to be Public Domain code.

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Verlet Physics (incomplete) by Nate the Great2008
This is a very helpful physics engine which I have spent a few weeks on. I plan to use it to add little physics effects to my games so I don't have to use a hugely complex physics system. I also like to have an idea of how every aspect of my game works.

I will give a lot of credit to stevie g and pongo for advising me on how to do certain things while making it. :)


The demonstraintion below uses the arrow keys to simulate an air hockey table.

P.S. It has many bugs but I will leave those for you to sort out if you really need it in a game :) also you don't have to give me credit but mentioning my name in the credits or emailing me if you use it in a game would be nice. 
Graphics3D 640,480,0,2
SeedRnd(MilliSecs())




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;;;;;;Temporary camera stuff;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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piv = CreatePivot()
cam = CreateCamera(piv)
;CameraRange cam,.01,50
CameraZoom cam,2
MoveEntity cam,0,3,-30
lit = CreateLight()
TurnEntity lit,90,0,0

TurnEntity piv,20,0,0

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Global VerletType = 1					;Collision Types
Global RBodyType = 2
Global RigidBodyNum = 0
Global groundtype = 3

;Collisions VerletType,RBodyType,2,2  	;Sets Collision Types
;Collisions VerletType,VerletType,1,2
Collisions verletType,GroundType,2,2

Type Verlet								;Verlet type Contains:
	Field Active						;Determines if the verlet is an active verlet or a verlet used for orientation
	Field Mass#							;Gives the verlet a mass
	Field x#,y#,z#						;Gives the verlet an x,y,z cooridnate
	Field vx#,vy#,vz#					;Gives the verlet a velocity in 3d
	Field ox#,oy#,oz#					;Stores the old x,y,z coordinates to figure out the velocity of the verlet
	Field piv,ent						;Gives the verlet a pivot point and names the verlet's entity
	Field Col,ID,piv2,radius#			;Col tells if the verlet has collided yet and ID tells what entity and verlet group the verlet belongs to
End Type	

Type Constraint							;Constraints constrain the verlets to certain distances from eachother
	Field v1.verlet						;First verlet in constraint
	Field v2.verlet						;Second verlet in constraint
	Field length#						;Length of the constraint
End Type

Type Rigidbody										;Rigidbody is used as a reference for all of the verlets that belong to a mesh
	Field Ent										;Ent is the entity that is acting as the rigid body
	Field ID										;ID is the ID that all of the verlets in this mesh are attatched to
	Field x#,y#,z#									;X,Y,Z coordinates of the mesh
	Field Yaw#,pitch#,Roll#							;Yaw,Pitch,Roll coordinates of the mesh
	Field lf.verlet,lb.verlet,rf.verlet,rb.verlet	;The verlets that are inactive and are used to orient the mesh
	Field lfd.verlet,lbd.verlet,rfd.verlet,rbd.verlet;The verlets that are inactive and are used to orient the mesh	
	Field c.verlet,idl								;The central Verlet
	Field Verl.verlet[50],verlnum
End Type





SetBuffer BackBuffer()

ground = CreatePlane()
EntityColor ground,32,32,64
EntityAlpha ground,.9
EntityType ground,GroundType



rwall = CreateCube()
ScaleEntity rwall,.1,.8,10
MoveEntity rwall,5,.1,0

EntityType rwall,GroundType

lwall = CreateCube()
ScaleEntity lwall,.1,.8,10
MoveEntity lwall,-5,.1,0

EntityType lwall,GroundType

bwall = CreateCube()
ScaleEntity bwall,5,.8,.1
MoveEntity bwall,0,.1,-10

EntityType bwall,GroundType

fwall = CreateCube()
ScaleEntity fwall,5,.8,.1
MoveEntity fwall,0,.1,10

EntityType fwall,GroundType


obstacle = CreateCylinder(10)
MoveEntity obstacle,0,0,5

EntityType obstacle,GroundType


puck = CreateCylinder(8)
MoveEntity puck,0,.8,0
ScaleEntity puck,.3,.1,.3

applyphysics(puck,10,False,.2)



pl1 = CreateCylinder(10)
MoveEntity pl1,0,.8,-4
ScaleEntity pl1,.5,.2,.5
EntityColor pl1,255,0,0

applyphysics(pl1,10,False,.2)

CreateMirror()





timer = MilliSecs()

cnter = 0
While Not KeyDown(1)
Cls


If KeyDown(205) Then PApplyForce(pl1,.015,0,0)
If KeyDown(203) Then PApplyForce(pl1,-.015,0,0)
If KeyDown(200) Then PApplyForce(pl1,0,0,.015)
If KeyDown(208) Then PApplyForce(pl1,0,0,-.015)



UpdateVerlets()

UpdateConstraints()

DrawVerlets()

UpdateWorld()
detectcollisions()

drawverlets()

positionPhysicsEntity()

RenderWorld()

cnt = 0
For v.verlet = Each verlet
	cnt = cnt + 1
Next

Text 1,1,cnt

cnter = cnter + 1
Text 1,20,"FPS: "+1000/((MilliSecs()-timer)/cnter)

Flip
Wend
End




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;;;;;;Creates a verlet bounding box & creates verlets;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function ApplyPhysics(ent,mass#,stationary,verlsize# = .3)

rigidbodynum = rigidbodynum + 1


;Creates the Rigidbody that all of the verlets are linked to

r.rigidbody = New rigidbody
r\id = rigidbodynum
r\ent = ent
r\x# = EntityX(r\ent)
r\y# = EntityY(r\ent)
r\z# = EntityZ(r\ent)
r\yaw# = EntityYaw(r\ent)
r\pitch# = EntityPitch(r\ent)
r\roll# = EntityRoll(r\ent)
EntityType r\ent,RBodyType
r\idl = stationary

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;






;Loops through all surfaces and verticies
For k = 1 To CountSurfaces(ent)
	surf = GetSurface(ent,k)
	For index = 0 To CountVertices(surf)-1
		TFormPoint VertexX(surf,index), VertexY(surf, index),VertexZ(surf, index), ent, 0
		CreateVerlet(TFormedX(),TFormedY(),TFormedZ(),mass#,ent,r\ID,True,verlsize#)   ;Creates a verlet for every vertice  Later it deletes duplicate verlets for the sake of stability.
	Next
Next

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;Creates the bounding box verlets that don't react with anything but are used to orient the mesh

r\lf.verlet = CreateVerlet(r\x# - .5 , r\y# - .5, r\z# + .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\lb.verlet = CreateVerlet(r\x# - .5 , r\y# - .5, r\z# - .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\rf.verlet = CreateVerlet(r\x# + .5 , r\y# - .5, r\z# + .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\rb.verlet = CreateVerlet(r\x# + .5 , r\y# - .5, r\z# - .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\lfd.verlet = CreateVerlet(r\x# - .5 , r\y# + .5, r\z# + .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\lbd.verlet = CreateVerlet(r\x# - .5 , r\y# + .5, r\z# - .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\rfd.verlet = CreateVerlet(r\x# + .5 , r\y# + .5, r\z# + .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\rbd.verlet = CreateVerlet(r\x# + .5 , r\y# + .5, r\z# - .5, 1 , ent , r\ID , False)

r\c.verlet = CreateVerlet(r\x# , r\y# , r\z#, 1 , ent , r\ID , False)


;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;



;Deletes Duplicate verlets so that the meshes are more stable

For v.verlet = Each verlet
	For vv.verlet = Each verlet
		If vv\ID = v\ID Then
			If vv\piv <> v\piv Then
				If v\x# = vv\x# And v\y# = vv\y# And v\z# = vv\z# And vv\mass <> 0 And v\mass <> 0 Then
					FreeEntity vv\piv
					Delete vv.verlet
				EndIf
			EndIf
		EndIf
	Next
Next

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;




cnt = 0
For v.verlet = Each verlet
	If V\ent = ent And V\Active = True Then
		R\Verl.verlet[cnt] = v.verlet
		cnt = cnt + 1
	EndIf
Next

r\Verlnum = cnt - 1


;This code makes constraints which it links every inside verlet to all eight of the outside verlets but no others

For v.verlet = Each verlet
	If v\ID = rigidbodynum Then
		If r\idl = False Then
			If v\active = True Then
				Createconstraint(v.verlet,r\rf.verlet)              ;Creates constraint
				Createconstraint(v.verlet,r\rb.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\lf.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\lb.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\rfd.verlet)              ;Creates constraint
				Createconstraint(v.verlet,r\rbd.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\lfd.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\lbd.verlet)
				Createconstraint(v.verlet,r\c.verlet)
				
			EndIf
		EndIf
	EndIf
Next
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;




createconstraint(r\rf.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\rb.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\lf.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\lb.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\rfd.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\rbd.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\lfd.verlet,r\c.verlet)
createconstraint(r\lbd.verlet,r\c.verlet)

createconstraint(r\rf.verlet,r\rb.verlet)
createconstraint(r\rf.verlet,r\lf.verlet)
createconstraint(r\rf.verlet,r\lb.verlet)

createconstraint(r\rb.verlet,r\lb.verlet)
createconstraint(r\rb.verlet,r\lf.verlet)

createconstraint(r\lf.verlet,r\lb.verlet)


createconstraint(r\rfd.verlet,r\rbd.verlet)
createconstraint(r\rfd.verlet,r\lfd.verlet)
createconstraint(r\rfd.verlet,r\lbd.verlet)

createconstraint(r\rbd.verlet,r\lbd.verlet)
createconstraint(r\rbd.verlet,r\lfd.verlet)

createconstraint(r\lfd.verlet,r\lbd.verlet)


createconstraint(r\rf.verlet,r\rfd.verlet)
createconstraint(r\lf.verlet,r\lfd.verlet)
createconstraint(r\rb.verlet,r\rbd.verlet)
createconstraint(r\lb.verlet,r\lbd.verlet)

;Deletes duplicate Or reversed constraints  This speeds up the constraint loops very much

For c.constraint = Each constraint
	For cc.constraint = Each constraint
		If c\v1\piv = cc\v1\piv And c\v2\piv = c\v1\piv Then
			Delete cc.constraint
		EndIf
	Next
Next


;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;





End Function














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;;;;;;Creates a verlet at the given x,y,z coordinate;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function createverlet.verlet(x#,y#,z#,mass#,ent,ID,Active,radius# = .1)

	v.Verlet = New Verlet
	v\x# = x#
	v\y# = y#
	v\z# = z#
	v\ox# = v\x#
	v\oy# = v\y#
	v\oz# = v\z#
	v\vx# = 0
	v\vy# = 0
	v\vz# = 0
	v\ent = ent
	v\ID = ID
	v\active = Active
	v\mass# = mass#
	v\radius# = radius#
	
	v\piv = CreatePivot()
	v\piv2 = CreatePivot()
	ScaleEntity v\piv,.2,.2,.2
	PositionEntity v\piv,v\x#,v\y#,v\z#
	
	If active = True Then
		EntityType v\piv,VerletType
		EntityRadius v\piv,radius#
	EndIf
	
	Return v
End Function

















;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;Constrains two verlets together;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function CreateConstraint(v1.verlet,v2.verlet)

	c.constraint = New constraint
	c\v1.verlet = v1.verlet
	c\v2.verlet = v2.verlet
	c\length# = Sqr((c\v1\x#-c\v2\x#)^2 + (c\v1\y#-c\v2\y#)^2 + (c\v1\z#-c\v2\z#)^2)

End Function
























;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;goes through every verlet and updates it;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function Updateverlets()

For v.verlet = Each verlet
	
	If v\col = True Then
		v\col = False
		fric# = .95
	Else
		fric# = 1
	EndIf
	
	v\vx# = (v\x# - v\ox#)*fric#
	v\vy# = (v\y# - v\oy#)*fric#
	v\vz# = (v\z# - v\oz#)*fric#
	
	v\ox# = v\x#
	v\oy# = v\y#
	v\oz# = v\z#
	
	v\x# = v\x# + v\vx#
	v\y# = v\y# + v\vy# - .004
	v\z# = v\z# + v\vz#
	
	
	For vv.verlet = Each verlet
			If v <> vv And v\id <> vv\id; if not the same verlet or group
				dx# = v\x# - vv\x#
				dy# = v\y# - vv\y#
				dz# = v\z# - vv\z#
				dist# = Sqr ( dx#*dx# + dy#*dy# + dz#*dz# )		
				totalr# = v\radius# + vv\radius#
				If dist# < totalr# Then
				
					
					Diffx# = ( dist# - totalr# ) * ( dx# / dist# )
					Diffy# = ( dist# - totalr# ) * ( dy# / dist# )
					Diffz# = ( dist# - totalr# ) * ( dz# / dist# )

					v\x# = v\x# - Diffx# ;* .5
					v\y# = v\y# - Diffy# ;* .5
					v\z# = v\z# - Diffz# ;* .5

					vv\x# = vv\x# + Diffx# ;* .5
					vv\y# = vv\y# + Diffy# ;* .5
					vv\z# = vv\z# + Diffz# ;* .5
				EndIf 				
			EndIf
		Next 

;	If v\y# < 0 Then
;		v\y# = 0
;		v\col = True
;	EndIf
	
Next

End Function






















;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;goes through every constraint and updates it;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function UpdateConstraints()

For i = 1 To 3

	For c.constraint = Each constraint
		mx# = ( c\v1\x# - c\v2\x# )
		my# = ( c\v1\y# - c\v2\y# )
		mz# = ( c\v1\z# - c\v2\z# )
		
		dist# = Sqr( (mx)^2 + (my)^2 + (mz)^2 )
		
		mx# = mx# / 2
		my# = my# / 2
		mz# = mz# / 2
		
		If dist# <> 0  Then
			dif# = (dist# - c\length#) / dist# * .7
		EndIf
		
	;	If c\v1\col = False Or i > 5 Then
			c\v1\x# = c\v1\x# - dif# * mx#
			c\v1\y# = c\v1\y# - dif# * my#
			c\v1\z# = c\v1\z# - dif# * mz#
	;	EndIf
	;	If c\v2\col = False Or i > 5 Then
			c\v2\x# = c\v2\x# + dif# * mx#
			c\v2\y# = c\v2\y# + dif# * my#
			c\v2\z# = c\v2\z# + dif# * mz#
	;	EndIf
	Next

Next

End Function



















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;;;;;;positions all verlets;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function Drawverlets()

For v.verlet = Each verlet
	
	PositionEntity v\piv,v\x#,v\y#,v\z#
	
Next

End Function


















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;;;;;;positions all meshes;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function PositionPhysicsEntity()

For r.rigidbody = Each rigidbody
	PositionEntity r\ent,EntityX(r\c\piv),EntityY(r\c\piv),EntityZ(r\c\piv)
	
	;align mesh to verlet cage
	x# = EntityX( r\rf\piv ) - EntityX( r\lf\piv ) + EntityX( r\rb\piv ) - EntityX( r\lb\piv )
	y# = EntityY( r\rf\piv ) - EntityY( r\lf\piv ) + EntityY( r\rb\piv ) - EntityY( r\lb\piv )
	z# = EntityZ( r\rf\piv ) - EntityZ( r\lf\piv ) + EntityZ( r\rb\piv ) - EntityZ( r\lb\piv )
	AlignToVector r\ent, x#,y#,z#,1  
	x# = EntityX( r\rf\piv ) - EntityX( r\rb\piv ) + EntityX( r\lf\piv ) - EntityX( r\lb\piv )
	y# = EntityY( r\rf\piv ) - EntityY( r\rb\piv ) + EntityY( r\lf\piv ) - EntityY( r\lb\piv )
	z# = EntityZ( r\rf\piv ) - EntityZ( r\rb\piv ) + EntityZ( r\lf\piv ) - EntityZ( r\lb\piv )
	AlignToVector r\ent, x#,y#,z#, 3
Next

End Function





















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;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;tests all verlets for collisions;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
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Function Detectcollisions()

For v.verlet = Each verlet
	If EntityX(v\piv) <> v\x# Then
		If EntityCollided(v\piv,3) Then
			v\col = True
		EndIf
		v\x# = EntityX(v\piv)
	EndIf
	If EntityY(v\piv) <> v\y# Then
		If EntityCollided(v\piv,3) Then
			v\col = True
		EndIf
		v\y# = EntityY(v\piv)
	EndIf
	If EntityZ(v\piv) <> v\z# Then
		If EntityCollided(v\piv,3) Then
			v\col = True
		EndIf
		v\z# = EntityZ(v\piv)
	EndIf
Next

End Function






;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;applies a force to given object;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;


Function PApplyForce(ent,x#,y#,z#)

For r.rigidbody = Each rigidbody
	If r\ent = ent Then
		For i = 0 To r\Verlnum
			r\verl[i]\ox# = r\verl[i]\ox# - x#
			r\verl[i]\oy# = r\verl[i]\oy# - y#
			r\verl[i]\oz# = r\verl[i]\oz# - z#
		Next
	EndIf
Next

End Function



Function PMoveEntity(ent,x#,y#,z#)

For r.rigidbody = Each rigidbody
	If r\ent = ent Then
		For i = 0 To r\verlnum
			r\verl[cnt]\ox# = r\verl[cnt]\ox# + x#
			r\verl[cnt]\oy# = r\verl[cnt]\oy# + y#
			r\verl[cnt]\oz# = r\verl[cnt]\oz# + z#
			r\verl[cnt]\x# = r\verl[cnt]\x# + x#
			r\verl[cnt]\y# = r\verl[cnt]\y# + y#
			r\verl[cnt]\z# = r\verl[cnt]\z# + z#
		Next
	EndIf
Next

End Function



Function PPositionEntity(ent,x#,y#,z#)

For r.rigidbody = Each rigidbody
	If r\ent = ent Then
		For i = 0 To r\verlnum
			r\verl[cnt]\ox# = x#
			r\verl[cnt]\oy# = y#
			r\verl[cnt]\oz# = z#
			r\verl[cnt]\x# = x#
			r\verl[cnt]\y# = y#
			r\verl[cnt]\z# = z#
		Next
	EndIf
Next

End Function

Comments

Ked2008
Puki would be proud of your "incomplete" tag at the top.


Nate the Great2008
Yes it is incomplete but I probably will not post any more updates because I am currently turning it into a full fledged game. ;) I am not sure about the name but it will probably be called Destructo Car (Kindof similare to indestructo tank on addicting games)


KillerX2008
Pretty cool.


Nate the Great2008
Thanks KillerX


mtnhome3d2008
lol i see how this works

this is fun NTG. good job


Nate the Great2008
Thanks Mtnhome3d glad you see how it works... that could be helpful


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