Box2D物理碰撞基础知识

Box2D,Author:李不凡Blog:GamesHome:QQ:871826122E-mail:libufanCompany:北京星模实训有限公司Website:,Box2D简介,Box2D是一个用于游戏的2D刚体仿真库。它可以使游戏中物体的运动更加逼真。Box2d有C+，flash和Java等版本。Box2D会自动管理各个物体的碰撞，弹跳等物理状态，我们只需要创建各种刚体。创建刚体可以通过b2BodyDef.userData来创建。b2Shape.SetAsBox(width,height)指的是物体的半宽和半高，所以在计算时都要乘以2。由于Box2D本身的限制，运算时要进行长度换算。,Box2D核心概念,刚体(rigidbody)一块十分坚硬的物质，它上面的任何两点之间的距离都是完全不变的。它们就像钻石那样坚硬。形状(shape)一块严格依附于物体(body)的2D碰撞几何结构(collisiongeometry)。形状具有摩擦(friction)和恢复(restitution)的材料性质。约束(constraint)一个约束(constraint)就是消除物体自由度的物理连接。在2D中，一个物体有3个自由度。如果我们把一个物体钉在墙上,(像摆那样)，那我们就把它约束到了墙上。这样，此物体就只能绕着这个钉子旋转，所以这个约束消除了它2个自由度。接触约束(contactconstraint)一个防止刚体穿透，以及用于模拟摩擦(friction)和恢复(restitution)的特殊约束。你永远都不必创建一个接触约束，它们会自动被Box2D创建。关节(joint)它是一种用于把两个或多个物体固定到一起的约束。Box2D支持的关节类型有：旋转，棱柱，距离等等。关节可以支持限制(limits)和马达(motors)。关节限制(jointlimit)一个关节限制(jointlimit)限定了一个关节的运动范围。例如人类的胳膊肘只能做某一范围角度的运动。,关节马达(jointmotor)一个关节马达能依照关节的自由度来驱动所连接的物体。例如，你可以使用一个马达来驱动一个肘的旋转。世界(world)一个物理世界就是物体，形状和约束相互作用的集合。Box2D支持创建多个世界，但这通常是不必要的。积分器(integrator)积分器在离散的时间点上模拟物理方程，它将与游戏动画循环一同运行。通常来说游戏物理引擎需要至少60Hz的速度，也就是1/60的时间步。约束求解器(constraintsolver)约束求解器用于解决模拟中的所有约束，一次一个。要得到良好的解，需要迭代所有约束多次。建议的Box2D迭代次数是10次。,Box2D注意事项,全局的对象的构造函数作了三件事情：1、一个在b2AABB类中的实例构建的坐标系统2、一个定义重力的向量，这是一个b2Vec2类构建的实例。3、一个布尔变量来定义对象是否沉迷。（如果你设置为true，对象将会沉迷）。4、执行Step()函数，每一帧都会更新所有的Body在world中的位置。5、Box2D中的单位为米，30像素=1米。所以在box2D中经常会看到坐标点乘以30，这样就不奇怪为什么用30而不是15或者20的了。,Box2DBody,创建好World后，可以向World内部添加任何球体或者盒子，以及你想到的任何形状的东西，那我就需要定义一个Body。一个body体大概需要做2-4件事情：1、定义一个形状2、一个（x,y）的位置3、角度4、一个预制的Sprite对象其中3、4是可选操作。这里我可能不会讲到Box2D内设的一些画图类库，因为我们在实际的操作中，可能用的都是自定义的。内设的类库一般用来模拟比较好，进行实际开发可能不适合，所以大家有想研究内设画图类库的可能需要自己去研究一下了。,Box2Db2ShapeDef,如果你想在你的游戏或者其他的什么中具有一些有特色的东西，你可以通过综合形状定义Body来制作一个Sprite。形状的定义，有3种类型的形状定义，他们都是扩展的b2ShapeDef基类。b2BoxDef类具有4个重要的属性：1、SetAsBox(设定边框):这是一个向量，本质上说他就是一个形状的中心坐标2、Density(密度):在碰撞的等式中使用密度*面积=质量，密度如果是0或者null,将会是一个静止的对象。3、Friction(摩擦力):这用来计算两个对象之间的摩擦，可以在0.0-1.0之间调整它们。4、Restitution(弹性):这是调整对象弹性程度的属性，可以在0.0-1.0之间调整它们。,b2CircleDef类中有一个不同的属性，代替SetAsBox是他的Radius(半径)。b2PolyDef类具有一个顶点数组（最大是8）来代替SetAsBox和Radius。这些顶点都是b2Vec2类型的对象。以下通过实例来讲述Box2D的基本用法，在打开源文件进行测试时，需要把Box2D的类库放在目录下面，程序才能正常运行。,Box2DHelloWorld,HelloWorld实例中会讲述Box2D的基础用法。1、准备好Box2D类库2、在画自己的形状时，如果不想自己给自己添乱，定义的形状width或者height尽量都能被30整除，这样便于我们的计算3、按前面的讲述，我们需要创建的全局变量里面要有一个World，记分器、约束求解器。同样还要准备一个盒子(b2AABB)、重力(gravity)、是否能睡眠(doSleep)4、添加形状需要用到b2Body、b2BodyDef、b2PolygonDef(多边形)、b2CircleDef(圆形)这几个常用的类。HelloWorld里面的难点应该就是第4点，希望大家能注意一下，如果自己做例子时Rect与Circle应该怎样添加。例子中创建了静态地面与动态的物体。upData函数让整个世界运转起来，你可能不需要知道for循环里面到底是怎么运作的，只需要知道这个for循环让这个对象开始在世界中进行模拟就可以了(这个for循环是必须的)。,Box2D鼠标与刚体交互之移除选中刚体,此示例在HelloWorld的基础之上进行扩展，关键操作为getBodyAtMouse()函数，早起看过C+版本而写的此函数。现在网络上可能也能搜到类似的，但是都讲的不是很详细。不过这个函数你有可能不需要到底是怎样运行，仅仅知道这个函数返回与鼠标点相交的刚体就可以了。下面解释一下getBodyAtMouse()函数的机制：当鼠标点击时，得到当前鼠标的坐标点，在此鼠标点产生一个很小的刚体，半径在0.001内就有效，然后遍历整个世界内部与小刚体产生碰撞的刚体，最后返回碰撞的刚体。返回的刚体都是唯一的，说唯一是因为世界内部的对象都是刚体，既然是刚体，就不会产生两个刚体重叠或者相交的情况，所以大家不要感到我说的唯一很奇怪。,Box2D鼠标与刚体交互之拖拽刚体,由于Box2D是不直接与鼠标交互的，而是通过鼠标关节b2MouseJoint交互的。交互的过程由四个步骤完成：第一步：获取鼠标单击处的刚体。第二步：创建鼠标关节。第三步：控制鼠标关节。第四步：销毁鼠标关节。获取刚体：publicfunctiongetBodyAtMouse(world:b2World,stage:Stage,includeStatic:Boolean=true):b2Bodyvarmouseb2Vec:b2Vec2=newb2Vec2(stage.mouseX/30,stage.mouseY/30);varaabb:b2AABB=newb2AABB();aabb.lowerBound.Set(mouseb2Vec.x-0.001,mouseb2Vec.y-0.001);aabb.upperBound.Set(mouseb2Vec.x+0.001,mouseb2Vec.y+0.001);varmaxCount:int=10;,varshapesArray:Array=newArray();varcount:int=world.Query(aabb,shapesArray,maxCount);varbody:b2Body;for(vari:int=0;icount;i+)if(!shapesArrayi.m_body.IsStatic()|includeStatic)vartShape:b2Shape=shapesArrayiasb2Shape;varinside:Boolean=tShape.TestPoint(tShape.m_body.GetXForm(),mouseb2Vec);if(inside)body=tShape.m_body;break;returnbody;,创建关节：varlbf_tempBody:b2Body=getBodyAtMouse(lbf_world,stage);if(lbf_tempBody)/设置关节varlbf_mouseJointDef:b2MouseJointDef=newb2MouseJointDef();/设置body1为无碰撞检测形状的静态刚体lbf_mouseJointDef.body1=lbf_world.GetGroundBody();/设置body2为当前被检测到被点击的刚体lbf_mouseJointDef.body2=lbf_tempBody;/设置鼠标关节的目标位置lbf_mouseJointDef.target.Set(mouseX/30,mouseY/30);/设置鼠标关节的力度lbf_mouseJointDef.maxForce=10000;/设置鼠标关节的时间步lbf_mouseJointDef.timeStep=lbf_timeStep;/在世界中创建这个b2MouseJoint对象lbf_mouseJoint=lbf_world.CreateJoint(lbf_mouseJointDef)asb2MouseJointlbf_mouseJointDef=null;lbf_tempBody=null;,控制关节：/控制鼠标关节很简单，就是在帧循环时间中不断更新鼠标关节的目标位置。if(lbf_mouseJoint)lbf_mouseJoint.SetTarget(newb2Vec2(mouseX/30,mouseY/30);销毁关节：if(lbf_mouseJoint)lbf_world.DestroyJoint(lbf_mouseJoint);lbf_mouseJoint=null;具体细节请详看：Box2D鼠标与刚体交互之拖拽刚体,Box2D键盘事件,在Box2D中，刚体不仅会受到重力、碰撞等影响，而且也可以施加一个力对它造成影响。可以通过至少以下这几个方法去移动一个刚体：publicfunctionApplyForce(force:b2Vec2,point:b2Vec2):void向目标（世界位置）施加一个力，如果这个力不是施加在刚体的质心，它将产生一个扭矩并影响其角速度，在此之前，它将自动唤醒刚体。力的单位为N。（1N=1kg*m/s2）publicfunctionApplyImpulse(impulse:b2Vec2,point:b2Vec2):void向目标（世界位置）施加一个冲量，它将立刻改变刚体的速度，如果这个力不是施加在刚体的质心，它将影响其角速度，在此之前，它将自动唤醒刚体。冲量的单位为kg*m/s或N*s。publicfunctionSetLinearVelocity(v:b2Vec2):void直接设置质心线速度，需要注意的是它是不会自动唤醒刚体的，所以你必须事先唤醒施加对象再设置质