随着虚拟现实和3D可视化仿真技术的发展,物理仿真开始广泛应用在电影,动画,游戏,计算机辅助设计,甚至军事模拟等领域。物理仿真引擎用于快速开发可视化物理仿真系统。在可视化仿真系统中,物理仿真引擎独立于图形化组件而存在。它为开发者提供了一系列用于实现可视化场景中的物体对象运动和约束的模块,这些模块为仿真系统提供较为稳定的物理计算支持,并将实现细节封装起来。开发者只要利用物理仿真引擎提供的开发接口就可以轻而易举地实现物理模拟,从而大大缩短开发周期,并降低了整个仿真系统的耦合性。本论文在对仿真场景下的动力学模拟和刚性物体特性进行了深入研究的基础上,给出了一个基于刚体特性的物理仿真引擎的设计和实现的全过程。首先,全面介绍了物理仿真引擎的模块式设计,给出了分层关系图。然后,分别就运动和碰撞两大部分进行详细讲解,介绍了物体位置、速度、加速度、角度、角速度、角加速度、力、力矩等问题的数学表达和数学变换的研究,探讨了物体运动的速度模型、碰撞处理的冲量模型、碰撞检测方法和实现。最后介绍物理仿真引擎的使用方法,并给出了若干应用范例。