🎮 3D Physics Engine with SDL2

Zaawansowany silnik graficzny 3D napisany w C z wykorzystaniem SDL2, oferujący zarówno projekcję perspektywiczną jak i ortograficzną, system fizyki oraz kontrolę w stylu FPS.

---

📋 Spis Treści

• Funkcje
• Wymagania
• Instalacja
• Kompilacja
• Sterowanie
• Architektura
• Szczegóły Techniczne
• Roadmap
• Licencja

---

✨ Funkcje

Rendering 3D

• ✅ Dual Projection System

  • Projekcja perspektywiczna z dynamicznym FOV (30° - 120°)
  • Projekcja ortograficzna z regulowaną skalą
  • Płynne przełączanie między trybami (klawisz Q)

• ✅ Advanced Camera System

  • Kamera FPS z kontrolą myszy i klawiaturą
  • Rotacja yaw/pitch z zabezpieczeniem przed gimbal lock
  • Smooth mouse look z regulowaną czułością
  • Dynamiczny FOV (Field of View)

• ✅ Rendering Pipeline

  • Near/Far plane clipping (0.02 - 500 jednostek)
  • Przestrzeń kamery z transformacjami 3D
  • Grubo-liniowy rendering (3px) dla lepszej widoczności
  • Optymalizacja odrzucania obiektów poza frustum

System Fizyki

• ✅ Physics Engine
  • Symulacja grawitacji (-9.81 m/s²)
  • Kolizje z podłogą z odbiciami
  • Tłumienie prędkości (friction)
  • Delta-time based physics dla płynnej animacji
  • System sił i mas dla obiektów fizycznych

Wizualizacja

• ✅ 3D Grid & Axes

  • Siatka podłogi 20x20 jednostek
  • Kolorowe osie współrzędnych (RGB = XYZ)
  • Znaczniki co 1 jednostkę z etykietami tekstowymi
  • Dynamiczne renderowanie tekstu TTF

• ✅ UI Elements

  • Renderowanie tekstu w przestrzeni 3D
  • Etykiety osi z kolorem RGB
  • Adaptacyjne skalowanie UI

---

🔧 Wymagania

Zależności Systemowe

# Arch Linux
sudo pacman -S sdl2 sdl2_ttf gcc make pkg-config

# Ubuntu/Debian
sudo apt install libsdl2-dev libsdl2-ttf-dev gcc make pkg-config

# Fedora
sudo dnf install SDL2-devel SDL2_ttf-devel gcc make pkgconfig

Minimalne Wymagania

• Kompilator: GCC 7.0+
• SDL2: ≥ 2.0.0
• SDL2_ttf: ≥ 2.0.0
• System: Linux (testowane na Arch Linux KDE)
• Czcionka: /usr/share/fonts/TTF/Hack-Regular.ttf (lub inna czcionka TTF)

---

📥 Instalacja

# Klonowanie repozytorium
git clone https://github.com/dg-neural-23/physic-engine-c-sml2.git
cd physic-engine-c-sml2

# Instalacja zależności (Arch Linux)
sudo pacman -S sdl2 sdl2_ttf

---

🔨 Kompilacja

# Kompilacja projektu
make

# Uruchomienie
./raytracing

# Czyszczenie plików binarnych
make clean

Konfiguracja Makefile

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g $(shell pkg-config --cflags SDL2_ttf)
LIBS = -lSDL2 -lm $(shell pkg-config --libs SDL2_ttf)

---

🎮 Sterowanie

🖱️ Mysz

Akcja	Funkcja
Ruch myszy	Rozglądanie się (FPS look)
Czułość	0.1° na pixel

⌨️ Klawiatura

Ruch Kamery (ZXCDSV)

Klawisz	Kierunek
Z	Do przodu (+Z)
A	Do tyłu (-Z)
X	W lewo (-X)
S	W prawo (+X)
C	Do góry (+Y)
D	Do dołu (-Y)

Rotacja Manualna (VFBG)

Klawisz	Rotacja
V	Pitch up (w górę)
F	Pitch down (w dół)
B	Yaw left (w lewo)
G	Yaw right (w prawo)

Kontrola Widoku

Klawisz	Funkcja
Q	Przełącznik Perspektywa ↔ Ortho
W	FOV + (wider view, 120° max)
E	FOV - (zoom in, 30° min)

🎯 Parametry Ruchu

• Prędkość ruchu: 1.0 jednostka/klatkę
• Prędkość rotacji: 2.0°/klatkę
• Czułość myszy: 0.1°/pixel

---

🏗️ Architektura

Struktura Danych

typedef struct {
    float x, y, z;
} Vertex;

typedef struct {
    Vertex position;    // Pozycja w świecie
    Vertex velocity;    // Prędkość [m/s]
    Vertex force;       // Siła [N]
    float mass;         // Masa [kg]
} PhysicsObject;

typedef struct {
    PhysicsObject physics;
    float yaw;          // Rotacja Y [-180°, 180°]
    float pitch;        // Rotacja X [-89°, 89°]
    float fov;          // Field of View [30°, 120°]
} Camera;

Pipeline Renderowania

World Space
    ↓
[Translate to Camera]
    ↓
Camera Space
    ↓
[Rotate by Yaw/Pitch]
    ↓
View Space
    ↓
[Clip to Near/Far]
    ↓
[Perspective Divide]
    ↓
NDC (Normalized Device Coords)
    ↓
[Viewport Transform]
    ↓
Screen Space

Moduły Główne

1. Physics Engine (updatePhysics)

   • Integracja Eulera
   • F = ma
   • Kolizje z podłogą

2. Projection System

   • projectOrtho() - Projekcja ortograficzna
   • project() - Projekcja perspektywiczna
   • toCameraSpace() - Transformacja do przestrzeni kamery
   • clipLineToNearFar() - Clipping frustum

3. Rendering

   • drawThickLine() - Rysowanie linii 3px
   • drawFloor() - Siatka podłogi
   • drawAxesWithLabels() - Osie 3D z etykietami
   • renderText() - Tekst w przestrzeni 3D

---

🔬 Szczegóły Techniczne

Projekcja Perspektywiczna

// FOV-based perspective projection
float aspect = WIDTH / HEIGHT;
float fovRad = camera.fov * (PI / 180.0f);
float tanHalf = tan(fovRad * 0.5f);

float x_ndc = r.x / (r.z * tanHalf * aspect);
float y_ndc = -r.y / (r.z * tanHalf);

screen_x = (x_ndc + 1.0) * 0.5 * WIDTH;
screen_y = (y_ndc + 1.0) * 0.5 * HEIGHT;

Parametry Fizyki

Parametr	Wartość
Grawitacja	-9.81 m/s²
Wysokość podłogi	0.0m
Współczynnik odbicia	0.5
Tarcie	0.9
Threshold zatrzymania	0.1 m/s

Clipping Planes

Plane	Wartość
Near Plane	0.02 jednostki
Far Plane	500.0 jednostek

Parametry Kamery

Parametr	Default	Range
Position	(5, 1.7, -10)	Unlimited
FOV	90°	30° - 120°
Pitch	0°	-89° do 89°
Yaw	0°	-180° do 180°

---

🚀 Roadmap

Wersja 1.1 (W toku)

• Renderowanie sześcianów 3D
• System materiałów i kolorów
• Zaawansowane oświetlenie (ambient, diffuse)

Wersja 1.2 (Planowane)

• Ray tracing dla cieni
• Tekstury i UV mapping
• Import modeli OBJ

Wersja 2.0 (Przyszłość)

• Skybox
• Particle system
• Collision detection między obiektami
• Post-processing effects

---

📊 Performance

Benchmarki (AMD Ryzen 5600X, RTX 3060)

• FPS: 60 (VSync enabled)
• Frame time: ~16ms
• Resolution: 900x600
• Draw calls: ~400-500 linii/klatkę

Optymalizacje

• ✅ Frustum culling
• ✅ VSync dla stabilnego framerate
• ✅ Delta-time physics
• ✅ Thick line batching

---

🐛 Znane Problemy

• Brak obsługi wielu obiektów
• Czcionka zakodowana na sztywno (/usr/share/fonts/TTF/Hack-Regular.ttf)
• Brak menu konfiguracji
• Gimbal lock przy pitch = ±90°

---

🤝 Contributing

Pull requesty mile widziane! Dla większych zmian, proszę najpierw otworzyć issue.

# Fork projektu
git checkout -b feature/AmazingFeature
git commit -m 'Add some AmazingFeature'
git push origin feature/AmazingFeature
# Otwórz Pull Request

---

📝 Licencja

MIT License - zobacz plik LICENSE dla szczegółów.

---

👨‍💻 Autor

dg-neural-23

• GitHub: @dg-neural-23
• Projekt: physic-engine-c-sml2

---

🙏 Podziękowania

• SDL2 - Simple DirectMedia Layer
• SDL2_ttf - TrueType Font rendering
• Hack Font - Domyślna czcionka projektu
• Społeczność Arch Linux KDE

---

⭐ Jeśli podoba Ci się ten projekt, zostaw gwiazdkę! ⭐

Made with ❤️ using C and SDL2