[Cocos2D-x For WP8]Box2D物理引擎
物理引擎通过为刚性物体赋予真实的物理属性的方式来计算运动、旋转和碰撞反映。为每个游戏使用物理引擎并不是完全必要的—简单的“牛顿”物理(比如加速和减速)也可以在一定程度上通过编程或编写脚本来实现。然而,当游戏需要比较复杂的物体碰撞、滚动、滑动或者弹跳的时候(比如赛车类游戏或者保龄球游戏),通过编程的方法就比较困难了。那么着时候使用物理系统可以为游戏带来一些很明显的优点:
1)更加真实的对现实世界的模拟,以牛顿力学为基础的游戏效果。
a) 游戏中的精灵们运动起来更真实:相互碰撞,自由下落等各种效果更加真实。
b) 玩家操作起来随机性增大,物理碰撞决定他操作的效果。游戏体验增强。
2) 系统化的碰撞处理机制。
a) 碰撞算法最优化,提高同一场景中,大量碰撞的运算效率。
b) 可以处理复杂形状的碰撞。
c) 允许游戏逻辑处理程序在最适合的时刻处理碰撞,实现最佳的游戏体验。
Box2D是一个用于模拟2D刚体物体的C++引擎。Box2D是一个物理引擎,模拟一个真实的物理环境,上面有重力加速度,摩擦力,刚体能概念,在这个环境里,只要定义好相应的刚体和重力,摩擦力等外部环境,他们就可以自己处理碰撞。因为Box2D只是一个物理引擎,所以可以用在很多不同的开发平台和不同的游戏引擎。那么在Cocos2D-x里面是支持Box2D的使用的。
那么在Box2D中有下面的一些概念,要对这些概念给理解了才能更好地去使用Box2D这个物理引擎去进行编程。
1.世界:世界是遵循物理的空间,以上的所有都存在于世界中,可以创建多个世界,但很少这样用。
创建世界需要两个步骤,一是生成重力向量,二是根据重力生成世界对象
//生成重力向量
b2Vec2 gravity;
gravity.Set(0.0f, -10.0f);
//生成世界对象
booldoSleep = true;
world = new b2World(gravity);
world->SetAllowSleeping(doSleep);
world->SetContinuousPhysics(true);
2.刚体: 即是物理学中的质点,只有位置,没有大小。
它又可以区分为以下几类1)静态刚体:静态刚体没有质量,没有速度,只可以手动来改变他的位置;2)棱柱刚体:棱柱刚体没有质量,但是可以有速度,可以自己更新位置;3)动态刚体:动态刚体有质量也有速度。
物理引擎需要首先定义一个描述类,然后再根据描述类通过世界创建某个对象。创建刚体时需要有两个步骤,一是生成一个刚体定义,二是根据刚体定义生成刚体。在刚体创建时定义中的信息会被复制,也就是说创建完成后刚体只要没被释放掉,就还可以重复使用。
//定义刚体
b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(screenSize.width/2/PTM_RATIO, screenSize.height/2/PTM_RATIO);
//生成刚体
b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);
3.形状:通过关联添加到刚体上,碰撞可以根据形状来判定,具有摩擦和恢复等材料特性。
b2PolygonShape groundBox;
// bottom
groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, -screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0);
4.关联:是一种附加在刚体上的属性,一个刚体可以有多个关联,创建关联时,需要定义关联的信息,然后通过刚体创建关联,当关联被创建时关联定义中的信息也会被保留,也可以重用
//定义并创建关联
b2FixtureDef fixtureDef;
fixtureDef.shape = &dynamicBox;
fixtureDef.density = 1.0f;
fixtureDef.friction = 0.3f;
body->CreateFixture(&fixtureDef);
5.链接:链接可以联系多个缸体,使得刚体之间相互影响,同样的,也需要首先定义信息,之后通过世界创建链接,同样的,信息也可以被保留,从而重用。另外链接还支持限制和马达,限制就是限制物体运动的角度,马达就是依照关节中的限制来约束物体链接有旋转,棱柱和距离等
b2RevoluteJointDef rjd;
rjd.Initialize(m_attachment, m_platform, b2Vec2(0.0f, 5.0f));
rjd.maxMotorTorque = 50.0f;
rjd.enableMotor = true;
m_world->CreateJoint(&rjd);
6.约束:一个约束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(像摆锤那样),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。还有一种不须你创建的接触约束,一个防止刚体穿透,以及用于模拟摩擦和恢复的特殊约束。
在WP8里面使用Cocos2D-x里面使用Box2D引擎我们需要把Cocos2D-x封装好的Box2D引擎库引入到项目里面。如下所示:
然后我们需要按照下面的步骤去在Cocos2D-x里面进行编程:
(1)创建一个world对象,这个world对象管理物理仿真中的所有对象。
一旦我们已经创建了这个world对象,接下来需要往里面加入一些body对象。body对象可以随意移动,可以是怪物或者飞镖什么的,只要是参与碰撞的游戏对象都要为之创建一个相应的body对象。当然,也可以创建一些静态的body对象,用来表示游戏中的台阶或者墙壁等不可以移动的物体。
(2)创建body对象。
- 你首先创建一个body定义结构体,用以指定body的初始属性,比如位置或者速度。
- 一旦创建好body结构体后,你就可以调用world对象来创建一个body对象了。
- 然后,你为body对象定义一个shape,用以指定你想要仿真的物体的几何形状。
- 接着创建一个fixture定义,同时设置之前创建好的shape为fixture的一个属性,并且设置其它的属性,比如质量或者摩擦力。
- 最后,你可以使用body对象来创建fixture对象,通过传入一个fixture的定义结构就可以了。
- 请注意,你可以往单个body对象里面添加很多个fixture对象。这个功能在你创建特别复杂的对象的时候非常有用。比如自行车,你可能要创建2个轮子,车身等等,这些fixture可以用关节连接起来。
只要你把所有需要创建的body对象都创建好之后,box2d接下来就会接管工作,并且高效地进行物理仿真。
(3)运作物理引擎。
周期性地调用world对象的step函数。一般会通过scheduleUpdate()方法,在游戏每一帧发生的时候都调用一次update函数,然后再update函数里面处理精灵的位置更新等。
示例代码,当点击屏幕的时候将会产生一个精灵往下面掉落下去:
class TestLayer : public cocos2d::CCLayer { protected: cocos2d::CCSprite* cat; b2World* world; public: TestLayer(void); ~TestLayer(void); void addNewSpriteWithCoords(cocos2d::CCPoint p); void update(cocos2d::ccTime dt); virtual void ccTouchesEnded(cocos2d::CCSet* touches, cocos2d::CCEvent* event); }; TestLayer::TestLayer() { setTouchEnabled( true ); CCSize screenSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize(); // 定义重力向量D b2Vec2 gravity; gravity.Set(0.0f, -10.0f); bool doSleep = true; // 通过重力构建生成世界 world = new b2World(gravity); world->SetAllowSleeping(doSleep); world->SetContinuousPhysics(true); // 构建地面及墙壁,因为要构建一个空心的物体,因此我们不能直接定义,而是分别定义长方体里的四个边。 // box2d采取的现实世界的米作为计量长度的单位,所以我们要把我们的像素级的长度单位转换为米的单位就要除以PTM_RATIO(定义32像素为1米)。 // #define PTM_RATIO 32 b2BodyDef groundBodyDef; groundBodyDef.position.Set(screenSize.width/2/PTM_RATIO, screenSize.height/2/PTM_RATIO); // bottom-left corner //创建刚体并把刚体添加到世界上 b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef); // 定义刚体的形状 b2PolygonShape groundBox; // bottom groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, -screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0); groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0); // top groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0); groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0); // left groundBox.SetAsBox(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO, b2Vec2(-screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0), 0); groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0); // right groundBox.SetAsBox(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO, b2Vec2(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0), 0); groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0); //Set up sprite //CCSpriteBatchNode 中的所有CCSprite只会被渲染1次,因此可以提高游戏的FPS CCSpriteBatchNode *mgr = CCSpriteBatchNode::create("cat.png", 150); addChild(mgr, 0, 1); addNewSpriteWithCoords( CCPointMake(screenSize.width/2, screenSize.height/2) ); CCLabelTTF *label = CCLabelTTF::create("Tap screen", "Marker Felt", 32); addChild(label, 0); label->setColor( ccc3(0,0,255) ); label->setPosition( CCPointMake( screenSize.width/2, screenSize.height-50) ); //定时更新,每一帧都会调用一次update函数 scheduleUpdate(); } TestLayer::~TestLayer() { delete world; world = NULL; } //在当前的位置来产生一个精灵 void TestLayer::addNewSpriteWithCoords(CCPoint p) { //创建精灵放到SpriteBatchNode里面 CCSpriteBatchNode* batch = (CCSpriteBatchNode*)getChildByTag(1); CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(batch->getTexture()); batch->addChild(sprite); //设置精灵的位置在当前的点击位置上 sprite->setPosition( CCPointMake( p.x, p.y) ); //定义动态刚体,然后创建到世界上去 b2BodyDef bodyDef; //使刚体能够在力的作用下运行,刚体有三种:静态的、运动的、动态的 bodyDef.type = b2_dynamicBody; //设置刚体的初始位置 bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO); //刚体所引用的数据就是我们所生成的精灵 bodyDef.userData = sprite; b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef); //定义刚体的形状 b2PolygonShape dynamicBox; dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box //定义刚体的纹理 b2FixtureDef fixtureDef; //绑定形状 fixtureDef.shape = &dynamicBox; //设置密度 fixtureDef.density = 1.0f; //设置摩擦 fixtureDef.friction = 0.3f; body->CreateFixture(&fixtureDef); } void TestLayer::update(ccTime dt) { int velocityIterations = 8; int positionIterations = 1; //Box2d是通过定期调用step来更新动画的,step的第一个参数是时间步,第二个参数是速度迭代次数,推荐8次,超过10次的基本看不出效果的提升,第三个参数是位置迭代 world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations); //遍历整个世界,找出对应精灵的刚体,进行位置更新 for (b2Body* b = world->GetBodyList(); b; b = b->GetNext()) { if (b->GetUserData() != NULL) { //Synchronize the AtlasSprites position and rotation with the corresponding body CCSprite* myActor = (CCSprite*)b->GetUserData(); myActor->setPosition( CCPointMake( b->GetPosition().x * PTM_RATIO, b->GetPosition().y * PTM_RATIO) ); myActor->setRotation( -1 * CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle()) ); } } } //点击屏幕事件 void TestLayer::ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event) { //在点击的位置上创建一个新的精灵Add a new body/atlas sprite at the touched location CCSetIterator it; CCTouch* touch; //循环获取点击的位置 for( it = touches->begin(); it != touches->end(); it++) { touch = (CCTouch*)(*it); if(!touch) break; CCPoint location = touch->getLocationInView(); location = CCDirector::sharedDirector()->convertToGL(location); //在当前的位置来产生一个精灵 addNewSpriteWithCoords( location ); } }
运行的效果: