第三章介绍形状(shape)和刚体(body),主要包括圆形、矩形、凸多边形,以及从形状到刚体。

形状-刚体

形状-刚体-关节

创建了 box2d 世界后,我们需要创建一些刚体和关节添加进去,比如游戏中的边界、元素等,使得世界更丰富一些。

接下来就创造一些基本形状,然后用这些形状组成刚体,刚体又可以进一步组合成关节,换言之,世界即是由刚体和关节组成的世界。

box2d 中创建刚体、关节的过程类似于堆积木,由形状构成刚体,由刚体构成关节,稍微不同的地方是,这里的形状可以多次使用,其过程: 形状 -> 刚体 -> 关节

此处需要注意的是,box2d 只能创建顶点数不超过 8 的凸多边形。

形状

关于

形状就是物体上的碰撞几何结构。另外形状也用于定义物体的质量。也就是说,你来指定密度,Box2D 可以帮你计算出质量。

形状具有摩擦和恢复的性质。形状还可以携带筛选信息,使你可以防止某些游戏对象之间的碰撞。

形状永远属于某物体,单个物体可以拥有多个形状。形状是抽象类,所以在 Box2D 中可以实现许多类型的形状。如果你有勇气,那便可以实现出自己的形状类型(和碰撞算法)。

形状性质

  • 摩擦和恢复

摩擦可以使对象逼真地沿其它对象滑动。Box2D 支持静摩擦和动摩擦,但使用相同的参数。

摩擦在 Box2D 中会被正确地模拟,并且摩擦力的强度与正交力(称之为库仑摩擦)成正比。摩擦参数经常会设置在 0 到 1 之间,0 意味着没有摩擦,1 会产生强摩擦。 当计算两个形状之间的摩擦时,Box2D 必须联合两个形状的摩擦参数。

恢复可以使对象弹起,想象一下,在桌面上方丢下一个小球。恢复的值通常设置在 0 到 1 之间,0 的意思是小球不会弹起,这称为非弹性碰撞;1 的意思是小球的速度会得到精确的反射,这称为完全弹性碰撞。

当一个形状发生多碰撞时,恢复会被近似地模拟。这是因为 Box2D 使用了迭代求解器。当冲撞速度很小时,Box2D 也会使用非弹性碰撞,这是为了防止抖动。

  • 密度

Box2D 可以根据附加形状的质量分配来计算物体的质量以及转动惯量。

直接指定物体质量常常会导致不协调的模拟。因此,推荐的方法是使用 b2Body 来根据形状设置质量。

形状定义

形状定义用于创建形状。通用的形状数据会保存在 b2ShapeDef 中,特殊的形状数据会保存在其派生类中。

  • b2ShapeDef

    • type 来表示形状类型
    • userdata 表示用户数据
    • localPosition 来表示当前位置
    • localRotation 来表示当前角度
    • friction、density、restitution 来表示摩擦力、密度、弹性系数
    • categoryBits 和 maskBits 来表示碰撞位及位标识(可以用来过滤一些碰撞)
    • groupIndex 来表示组号,这个组号可以用来过滤还比位标识优先
  • b2CircleDef

    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_circleShape
    • radius 来表示半径值
  • b2BoxDef

    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_ boxShape
    • extents 来表示区域值
  • b2PolyDef

    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_ polyShape
    • vertices 来表示顶点
    • vertexCount 来表示顶点数,目前顶点数最多支持 8 个

矩形

b2BoxDef

使用基类 b2BoxDef 创建一个矩形形状,并且设置其大小、密度、弹性、摩擦力等属性。

  • b2BoxDef
    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_ boxShape
    • extents 来表示区域值
var Shape = new b2BoxDef(); //创建一个形状Shape,然后设置有关Shape的属性
Shape.extents.Set(1200, 5); //设置矩形高、宽,
Shape.density = 0; //设置矩形的密度
Shape.restitution = 0.3; //设置矩形的弹性
Shape.friction = 1; //设置矩形的摩擦因子,可以设置为0-1之间任意一个数,0表示光滑,1表示强摩擦

备注:如果将密度设置为 0 或者 null,那么该形状是静止,即不可被移动的地面或者墙体等。

圆形

b2CircleDef

使用基类 b2CircleDef 创建一个圆形形状,并且设置其属性。

  • b2CircleDef
    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_circleShape
    • radius 来表示半径值
var Shape = new b2CircleDef(); //创建一个圆形Shape,然后设置有关Shape的属性
Shape.radius = 20; //设置圆形的半径
Shape.localPosition.Set(0, 0); //设置圆形的偏移量
Shape.density = 1.0; //设置圆形的密度
Shape.restitution = 0.3; //设置圆形的弹性
Shape.friction = 1; //设置圆形的摩擦因子

凸多边形

b2PolyDef

使用基类 b2PolyDef 创建一个多边形形状,并且设置其属性。

  • b2PolyDef
    • 继承于 b2ShapeDef
    • type 为 e_ polyShape
    • vertices 来表示顶点
    • vertexCount 来表示顶点数,目前顶点数最多支持 8 个
var Shape = new b2PolyDef(); //创建一个多边形Shape,然后设置有关Shape的属性
Shape.vertexCount = 5; //设置多边形的顶点数,这里设置为5,意味着Shape是个五边形
Shape.vertices[0] = new b2Vec2(0, -20); //分别定义五个顶点的坐标
Shape.vertices[1] = new b2Vec2(25, 0);
Shape.vertices[2] = new b2Vec2(15, 30);
Shape.vertices[3] = new b2Vec2(-15, 30);
Shape.vertices[4] = new b2Vec2(-25, 0);
Shape.localPosition.Set(0, 30); //设置多边形的偏移量
Shape.density = 1.0; //设置多边形的密度
Shape.restitution = 0.3; //设置多边形的弹性
Shape.friction = 1; //设置多边形的摩擦因子

注意:box2d 只能创建顶点数不超过 8 的凸多边形。

多形状刚体中形状的偏移,在多个形状所组成的刚体中,所有形状的中心点都是刚体的初始位置,我们可以设置偏移量使形状偏移中心点。

刚体

刚体定义(b2BodyDef)

在创建刚体之前你需要创建一个刚体定义(b2BodyDef)。你可以把刚体定义创建在栈上,也可以在你的游戏数据结构中保存它们。这取决于你的选择。 Box2D 会从刚体定义中拷贝出数据,这意味着你可以循环使用一个刚体定义去创建多个刚体。

  • 质量性质

有多种建立刚体质量性质的方法:

  1. 在刚体定义中显式地设置
  2. 显式地在刚体上设置(在其创建之后)
  3. 基于刚体上形状之密度设置 在很多游戏环境中,根据形状密度计算质量是有意义的。这能帮助确保刚体有合理和一致的质量。然而,其它游戏环境可能需要指定质量值。例如,可能你有一个机械装置,需要一个精确的质量。
  • 位置和角度

物体定义为你提供了一个在创建时初始化位置的机会,这要比在世界原点创建物体而后移动它到某个位置更具性能。

一个物体上主要有两个令人感兴趣的点。其中一个是物体的原点,形状和关节都相对于物体的原点而被附加。另一个点是物体的质心。质心取决于物体上形状的质量分配,或显式地由 b2MassData 设置。 Box2D 内部的许多计算都要使用物体的质心,例如 b2Body 会存储质心的线速度。

bodyDef.position.Set(x, y); // 设置刚体的初始位置

当你构造物体定义的时候,可能你并不知道质心在哪里,因此你会指定物体的原点。你可能也会以弧度指定物体的角度,角度并不受质心位置的影响。 如果随后你改变了物体的质量性质,那么质心也会随之移动,但是原点以及物体上的形状和关节都不会改变。

  • 阻尼

阻尼用于减小物体在世界中的速率。阻尼与摩擦是不同的,因为摩擦仅在物体有接触的时候才会发生,而阻尼的模拟要比摩擦便宜多了。然而,阻尼并不能取代摩擦,往往这两个效果需要同时使用。

阻尼参数的范围可以在 0 到无穷之间,0 的就是没有阻尼,无穷就是满阻尼。通常来说,阻尼的值应该在 0 到 0.1 之间,我通常不使用线性阻尼,因为它会使物体看起来发飘。

bodyDef.linearDamping = 0.0;
bodyDef.angularDamping = 0.01;

阻尼相似于稳定性与性能,阻尼值较小的时候阻尼效应几乎不依赖于时间步,而阻尼值较大的时候阻 尼效应将随着时间步而变化。

  • 休眠参数

休眠是什么意思?好的。模拟物体的成本是高昂的,所以如果物体更少,那模拟的效果就能更好。当一个物体停止了运动时,我们喜欢停止去模拟它。

当 Box2D 确定一个物体(或一组物体)已经停止移动时,物体就会进入休眠状态,消耗很小的 CPU 开销。如果一个醒着的物体接触到了一个休眠中的物体,那么休眠中的物体就会醒来。当物体上的关节或触点被摧毁的时候,它们同样会醒来。你也可以手动地唤醒物体。 通过物体定义,你可以指定一个物体是否可以休眠,或者创建一个休眠的物体。

bodyDef.allowSleep = true;
bodyDef.isSleeping = false;

由形状到刚体

b2BodyDef

之前虽然创建了形状,但是这些形状并不会直接在世界里面显示出来。

下面利用这些形状来组成一些刚体,然后把它们放入到世界里面去。

首先,利用 b2BodyDef 创建一个刚体,然后设置刚体的初始位置并加入之间已创建的形状,然后使用 CreateBody 将刚体放入到世界里面,这样就可以看到一些模拟刚体了。

var BodyDef = new b2BodyDef(); // 利用b2BodyDef类创建一个刚体
BodyDef.position.Set(0, 600); // 设置刚体的初始位置,这里把BodyDef放在(0,600)
BodyDef.AddShape(Shape); // 在刚体BodyDef中加入形状Shape
Body = world.CreateBody(BodyDef); // 把刚体BodyDef放到world中
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