PhysX

PhysX（フィジックス/フィジクス）とは

NVIDIAが開発・提供しているリアルタイム物理演算エンジンです。このエンジンは、ゲームやシミュレーションなどの分野で、現実世界のような物理現象をコンピュータ上で再現するために利用されています。

概要

PhysXは、ソフトウェアがハードウェアアクセラレーションに対応している場合、NVIDIAのGeForceシリーズ（8シリーズ以降）のGPUで、一定以上のコア数とグラフィックスメモリを持つ製品でハードウェアアクセラレーションが可能です。これにより、CPUの負担を軽減し、より複雑で高度な物理演算をリアルタイムで処理できるようになります。

例えば、爆発によって飛び散る破片の動きや、キャラクターの布の動きなどを、事前に作成された動画ではなく、その場で計算してリアルタイムに描写することが可能になります。これは、汎用プロセッサであるCPUだけでは処理が難しい高度な演算を、GPUが肩代わりすることで実現します。

PhysXは、ゲーム業界で広く利用されており、競合する物理演算システムとしてはHavokが挙げられます。

歴史

PhysXは元々、Ageia社によって開発されました。しかし、2008年2月4日にNVIDIAがAgeia社を買収し、PhysXはNVIDIAのGeForceシリーズと統合されることになりました。買収後、PhysX専用チップや専用ボードは生産されていません。

PhysX SDK 2.8.3からは、Physics Processing Unit（PPU）のサポートが打ち切られ、GPUによる演算にシフトしました。

対応プラットフォーム

PhysXは、以下のプラットフォーム上で動作します。

PC (Windows/Linux/macOS)
PlayStation 3
PlayStation 4|PlayStation_4
Xbox 360
Xbox One
Wii
Android
iOS

これらのプラットフォーム向けのSDKは無料で配布されており、商用利用も含めて無償で利用できます。PC用のSDKはNVIDIAの公式サイトから入手できます。また、NVIDIAのスタッフによるサポートや開発支援ツールも有償で提供されています。

PhysXは、Unreal EngineやUnityなどの主要なゲームエンジンにも統合されており、開発者はこれらのエンジンを通して容易にPhysXを利用することができます。

PhysXの機能

PhysXでは、2023年現在、以下のような機能がサポートされています。

剛体物理
衝突判定
各種関節
ラグドール
摩擦力の考慮
衝突の検知
オブジェクトのグループ化と衝突判定のON/OFF切り替え
1軸方向のみの物理作用の限定
接触通知
先進的なキャラクタコントロール
乗り物のための動力学
マルチスレッド・マルチプラットフォーム対応
流体シミュレーション
布シミュレーション
軟体の表現
フォースフィールドの表現

これらの機能により、ゲーム内でのオブジェクトの挙動、キャラクターの動き、環境の相互作用などを、よりリアルに表現することが可能です。

問題点と今後

PhysX発表当初は、以下のような問題がありました。

対応ゲームでしか効果がなく、PC全体のパフォーマンス向上には繋がらない。
ゲームが対応していないとPhysXチップの導入が無意味になる。
ゲームはPhysXに「対応している」以上の事ができない。
ネット対戦では、全員がPhysXを導入していないと効果が実感できない。

これらの問題は、NVIDIAがAgeiaを買収したことで一部解決しましたが、新たな課題も生まれました。

メリット

GeForceシリーズで動作するようになり、利用者が大幅に増加した。
専用ボードの購入が不要になった。
他の目的で購入したグラフィックボードでもPhysXを利用できるようになった。

デメリット

グラフィック描画に使うGPUリソースを物理演算に割くため、グラフィックパフォーマンスが低下する。
物理エフェクトの多用は描画負荷を増大させ、パフォーマンス低下につながる。
単独GPUではフレームレート維持が難しく、物理演算専用のGPUが必要となる場合がある。

また、NVIDIAとAMDの関係性から、AMD製のGPUではPhysXの利用が制限される場合があります。しかし、一部の非公式パッチやMODによって、AMD環境でもPhysXを利用できる可能性があります。

APEX (Applied PhysX Extension)

APEXは、ツールによるオーサリングを前提としたPhysXの拡張機能です。APEX SDKには、Clothing（布）、Destruction（破壊）、Particles（パーティクル）、Turbulence（乱流）、ForceField（力場）などのモジュールが含まれていました。APEXは、Unreal Engineなどの一般的なゲームエンジンにも採用されていました。

その後、APEX SDKは非推奨となり、GameWorks PhysXも解体されました。破壊はNVIDIA Blast、布はNVIDIA Cloth、パーティクルはNVIDIA FleXとNVIDIA Flowに置き換えられました。

APEXのオーサリングツールには、破壊モジュール向けのAPEX FractureToolおよびAPEX PhysXLab、布モジュール向けのAPEX Clothing Tool、DCC統合プラグインのPhysX DCC Plug-Insなどがありました。

現在では、これらの技術はさらに進化し、より高度な物理表現を可能にしています。

まとめ

PhysXは、ゲームやシミュレーションのリアリティを向上させるための強力なツールです。GPUによるハードウェアアクセラレーションにより、高度な物理演算をリアルタイムで処理することが可能になりましたが、同時にパフォーマンスに関する課題も存在します。今後の技術進歩によって、これらの課題が克服され、より幅広い分野でのPhysXの利用が期待されます。

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