【Visual C++】游戏开发笔记十八 游戏基础物理建模(一) 匀速与加速运动

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作者：毛星云    邮箱： happylifemxy@qq.com    欢迎邮件交流编程心得

我们可以毫不夸张的说，在当今的任意一款成功的3D游戏引擎中，物理建模都是非常核心的部分。

比如当今最高水平的、大名鼎鼎的引擎Unreal Engine 3 （虚幻3），比如国产第一单机游戏《仙剑奇侠传》四代与五代采用的引擎Renderware，都有着健壮而强大的代码负责着引擎内部完善的物理建模。

为了设计出立足实际，联系现实的游戏，为了我们研发出能有与现实物理现象大体相同的游戏效果，以致给玩家一个身临其境的游戏体验，我们必须进行合适的物理建模。

其实吧，在任何一款成功的游戏中，有关物理的代码都占着很大的比重，所以在开发游戏过程中，进行优秀的物理建模是非常必要的。

在之后会推出的几节关于游戏物理建模的文章里，我们会介绍一些最基本的物理模型，这些内容暂时不包含微积分的知识，不会超出高中物理的范围，非常的通俗易懂。

但恰恰通过这些看似简单的模型，我们可以毫不费力地亲手编写出属于自己的2D或3D游戏。

至于你信不信，反正浅墨是信了，呵呵。

关于本节的知识点，是匀速与加速运动，他们在游戏领域里运用可谓非常的广泛。

譬如Dota里每个英雄都是以一个固定的速度进行匀速运动的，比如灵魂守卫TerroBlade的初始移动速度就为310，装备鞋子之后就会更快（当然我们这里没考虑英雄被技能和物品减速时的速度），如果是吃了加速神符或者狼人变身之后就是以522的极速进行匀速运动了。又比如《极品飞车》系列涉及到的跑车匀速，变速行驶的问题。又如愤怒的小鸟，我们可以把里面每只小鸟的运动轨迹看做斜抛运动，将其速度按X与Y轴进行分解处理，在鸟飞翔的途中轨迹的运算，运用的就是本节的知识。（重力加速度会在之后的文章里讲解）

本节依旧先是基础知识的讲解，再附上一个demo供大家巩固提高。

一、基础知识讲解

1.匀速运动

通常情况下，一个会移动的物体都是具有“速度”的，这个速度我们可以进行正交分解，看做各个方向上“速度分量”的合成。

这里我们设一个物体的移动速度为V，x方向的速度分量为Vx，y方向上的速度分量为Vy.

匀速运动实际上就是Vx与Vy保持恒定不变。

在设计2D平面上物体的匀速运动时，每次画面更新时，利用物体速度分量Vx与Vy的值来计算下次物体出现的位置，产生物体移动的效果，这样的原理实现方式我们可以表示为：

下次X轴坐标=在X轴上的速度分量+当前X轴坐标

下次Y轴坐标=在Y轴上的速度分量+当前Y轴坐标

2.加速运动

加速运动就是具有加速度的运动，它的速度会随着时间而改变。

公式我们可以表示如下：

V=Vo+at

这是高中物理运动学里最基本的公式了~其中，V为当前速度，V0为初速度，a为加速度，t为物体从速度为V0时记起的时间

那么同样将此速度分解，我们得到：

Vx=Vxo+axt

Vy=Vyo+ayt

我们设时间间隔t=1

则我们可以推算出加入加速度之后，物体下一刻所在的位置：

Sx=Sxo+Vx*1

Sy=Syo+Vy*1

将这两个公式运用到我们的代码里面就可以实现加速运动的模拟了。

这些知识都是非常基础的，实现方式都非常的简单，但是还有颇多细节，希望好学的你能多思考，多挖掘。

二、在一个完整的demo中将知识融会贯通

了解了基本运动学的原理之后，下面我们就来一起看下这节笔记里面的demo，在实例中将本节知识融会贯通。

这节的demo是一个匀速运动，碰到窗口边缘时就进行反弹的“愤怒的小鸟”，非常的可爱。

浅墨感觉学完这节后大家就可以自己实现win7里的那个”多彩气泡“的屏幕保护程序，有兴趣的朋友可以试着写写看，调用一些Windows API函数就来了。

好了，我们依旧贴出详细注释的源代码~

#include "stdafx.h" #include <stdio.h> //全局变量声明 HINSTANCE hInst; HBITMAP bg,bird; HDC hdc,mdc,bufdc; HWND hWnd; DWORD tPre,tNow,tCheck; RECT rect; //定义一个RECT结构体，用于储存内部窗口区域的坐标 int x=50,y=50,vx=15,vy=15; //x与y是小鸟在窗口中的贴图坐标，vx与vy为小鸟在x与y轴运动的速度分量 //全局函数声明 ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance); BOOL InitInstance(HINSTANCE, int); LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM); void MyPaint(HDC hdc); //****WinMain函数，程序入口点函数************************************** int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) { MSG msg; MyRegisterClass(hInstance); //初始化 if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow)) { return FALSE; } //消息循环 GetMessage(&msg,NULL,NULL,NULL); //初始化msg while( msg.message!=WM_QUIT ) { if( PeekMessage( &msg, NULL, 0,0 ,PM_REMOVE) ) { TranslateMessage( &msg ); DispatchMessage( &msg ); } else { tNow = GetTickCount(); if(tNow-tPre >= 40) MyPaint(hdc); } } return msg.wParam; } //****设计一个窗口类，类似填空题，使用窗口结构体********************* ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance) { WNDCLASSEX wcex; wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX); wcex.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW; wcex.lpfnWndProc = (WNDPROC)WndProc; wcex.cbClsExtra = 0; wcex.cbWndExtra = 0; wcex.hInstance = hInstance; wcex.hIcon = NULL; wcex.hCursor = NULL; wcex.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); wcex.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1); wcex.lpszMenuName = NULL; wcex.lpszClassName = "canvas"; wcex.hIconSm = NULL; return RegisterClassEx(&wcex); } //****初始化函数************************************* // 加载位图资源并取得内部窗口区域信息 BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow) { HBITMAP bmp; hInst = hInstance; hWnd = CreateWindow("canvas", "浅墨的窗口" , WS_OVERLAPPEDWINDOW, CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL); if (!hWnd) { return FALSE; } MoveWindow(hWnd,10,10,600,450,true); ShowWindow(hWnd, nCmdShow); UpdateWindow(hWnd); hdc = GetDC(hWnd); mdc = CreateCompatibleDC(hdc); bufdc = CreateCompatibleDC(hdc); bmp = CreateCompatibleBitmap(hdc,640,480); SelectObject(mdc,bmp); bg = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"bg.bmp",IMAGE_BITMAP,640,480,LR_LOADFROMFILE); bird = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"angrybird.bmp",IMAGE_BITMAP,120,60,LR_LOADFROMFILE); GetClientRect(hWnd,&rect); //取得内部窗口区域的大小 MyPaint(hdc); return TRUE; } //****自定义绘图函数********************************* // 1.进行窗口贴图 // 2.计算小鸟贴图坐标并判断小鸟是否碰到窗口边沿 void MyPaint(HDC hdc) { SelectObject(bufdc,bg); BitBlt(mdc,0,0,640,480,bufdc,0,0,SRCCOPY); SelectObject(bufdc,bird); BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,60,0,SRCAND); BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,0,0,SRCPAINT); BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY); //计算X轴贴图坐标与速度 x += vx; if(x <= 0) { x = 0; vx = -vx; } else if(x >= rect.right-60) { x = rect.right - 60; vx = -vx; } //计算Y轴贴图坐标与速度 y += vy; if(y<=0) { y = 0; vy = -vy; } else if(y >= rect.bottom-60) { y = rect.bottom - 60; vy = -vy; } tPre = GetTickCount(); //记录此次绘图时间 } ////****消息处理函数*********************************** LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam) { switch (message) { case WM_KEYDOWN: //按键消息 if(wParam==VK_ESCAPE) //按下【Esc】键 PostQuitMessage(0); break; case WM_DESTROY: //窗口结束消息 DeleteDC(mdc); DeleteDC(bufdc); DeleteObject(bg); DeleteObject(bird); ReleaseDC(hWnd,hdc); PostQuitMessage(0); break; default: //其他消息 return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam); } return 0; }

运行时会带有幻影的错觉，实际上是因为这样的动画实现方式比较简单。

毕竟画面不是我们目前所追求的东西，目前我们主要学的是思想，关于华丽的游戏画面，这将是我们在后面的DirectX与游戏引擎中才需要讲究的东西。

下面是运行的截图：

这个简单的小demo，运行起来有没有与“愤怒的小鸟”太空版有些神似呢？呵呵

相信继续跟着浅墨一起学习，日积月累，你可以轻易编出比《愤怒的小鸟》更加精彩的游戏，加油加油~

本节到这里就结束了。

本篇的精简版的源代码请点击这里下载：  【Visual C++】Note_Code_18

（所谓精简版，就是删除了几个无用的大文件，例如例如sdf，pch，有的朋友因为这个问题在编译的时候遇到了warning与error，其实不用怕，编译器会在第一次编译链接的时候再次生成这些文件，我们只要二次编译就可以了。）

本篇的完整版的源代码请点击这里下载：  【Visual C++】Note_Code_18_full

（为了不给大家带来编译时的困惑，我补上了这个完整版。以后的文章里面还是会采用上传完整版形式，以免给大家带来不必要的困惑）

感谢一直支持【Visual C++】游戏开发笔记系列专栏的朋友们，也请大家继续关注我的专栏，我一有时间就会把自己的学习心得，觉得比较好的知识点写出来和大家一起分享。

精通游戏开发的路还很长很长，非常希望能和大家一起交流，共同学习，共同进步。

大家看过后觉得值得一看的话，可以顶一下这篇文章，你们的支持是我继续写下去的动力~

如果文章中有什么疏漏的地方，也请大家指正。也希望大家可以多留言来和我探讨编程相关的问题。

最后，谢谢你们一直的支持~~~

——————————浅墨于2012年4月24日