游戏开发中使用物理引擎box2d

本文基于JBox2d+canvas，后续提供NDK+openglEs版本；

本文的主要目的是给大家介绍如何使用创建一个物理世界，本文为基本入门教程.

一、主函数：

• 主函数包括了Box2D的基本流程
• 简单来说，一个Box2D程序的基本流程是由以下三个基本步骤构成的：

1	function box2dMain() {

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3	setupWorld();               //1. 创建一个世界

4	addBodys();                 //2. 为世界创建物体

5	setInterval(step, 1000/60); //3. 让世界动起来，反复计算和绘制世界

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}

二、创建世界：

• 设定世界有效区域的大小：超过有效区域的物体将不参与计算。
• 定义重力：重力是一个二维矢量，矢量在Box2D中用b2Vec2来定义。
• 设定是否允许物体休眠：当物体静止下来，它就会被判定为休眠，如果打开这个开关，对于休眠的物体将停止模拟。直到它被其它物体解除，它才会醒来。

01	function setupWorld(){

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03	//1. 设置有效区域大小 - b2AABB 类 （左上角向量,右下角向量）

04	worldAABB = new b2AABB();

05	worldAABB.minVertex.Set(-1000, -1000);  //左上角

06	worldAABB.maxVertex.Set(1000, 1000);    //右下角

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08	//2. 定义重力 - 2D向量 - b2Vec2 类 （x,y）

09	gravity = new b2Vec2(0, 300);

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11	//3. 忽略休眠的物体

12	var doSleep = true;

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14	//4. 创建世界 - b2World

15	var world = new b2World(worldAABB, gravity, doSleep);

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}

三、创建物体：

• 形状定义：Box2D中有三种基本形状，圆形（Circle）、矩形（Box）、多边形（Poly）。每个形状可以单独定义摩擦力、弹性、密度、相对位置等参数。形状是组成物体的基本材料。（当物体的密度设定为0时，物体变为墙类物体，不可移动）
• 物体定义：物体可由多个形状组成。形状由其定义相对位置（localPosition）决定其在物体中的位置，形状添加到物体后，其相对位置始终保持不变。
• 物体：物体只有使用世界的CreateBody()来生成，物体是物体定义的实例。只有使用这个函数生成的物体，才会在世界中被模拟。

01	function addBodys(){

02

03	//1. 定义形状   b2CircleDef,b2BoxDef,b2PolyDef 类

04	var Shape1 = new b2CircleDef(); //Shape1:圆形

05	Shape1.radius = 20;                 //半径

06	Shape1.localPosition.Set(0, 0);     //偏移量

07	Shape1.density = 1.0;               //密度

08	Shape1.restitution = .3;            //弹性

09	Shape1.friction = 1;                //摩擦力

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11	var Shape2 = new b2PolyDef();   //Shape2:多边形

12	Shape2.vertexCount = 3;                     //顶点数为5

13	Shape2.vertices[0] = new b2Vec2(0,-20);     //顶点1

14	Shape2.vertices[1] = new b2Vec2(23.10,20);  //顶点2

15	Shape2.vertices[2] = new b2Vec2(-23.10,20); //顶点3

16	Shape2.localPosition.Set(0, 30);    //偏移量

17	Shape2.density = 1.0;               //密度

18	Shape2.restitution = .3;            //弹性

19	Shape2.friction = 1;                //摩擦力

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21	//2. 定义物体   b2BodyDef 类

22	var BodyDef1 = new b2BodyDef();

23	BodyDef1.position.Set(100, 100);    //设置物体的初始位置

24	BodyDef1.AddShape(Shape1);          //物体中加入Shape1

25	BodyDef1.AddShape(Shape2);          //物体中加入Shape2

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27	//3. 将物体添加至world

28	Body = World.CreateBody(BodyDef1);  //在世界中创建物体

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30	//...可用同样流程继续添加物体，再定义一块地板

31	var Shape3 = new b2BoxDef();    //Shape3:矩形

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33	Shape3.extents.Set(200, 5);         //定义矩形高、宽

34	Shape2.density = 0;                 //墙体密度为0

35	Shape2.restitution = .3;            //弹性

36	Shape2.friction = 1;                //摩擦力

37	var BodyDef2 = new b2BodyDef();

38	BodyDef2.position.Set(220, 500);    //设置物体的初始位置

39	BodyDef2.AddShape(Shape3);          //物体中加入Shape3

40	Body2 = World.CreateBody(BodyDef2); //在世界中创建物体

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}

四、让世界运动起来：

• step()函数的作用是计算某段时间后，世界中物体的位置和角度，并将其绘制到浏览器中。
• 计算机中的动画，是一帧一帧构成的，每一帧表现了动画中某一时刻的一个场景。所以我们使用定时器函数setInterval(step, 1000/60)，来每1/60秒执行一次计算和重绘工作，也就是上述的step()函数。
• step()中的dt参数，告诉了计算机要计算当前时间多少秒以后的世界，Box2D官方推荐为1/60秒，当然，如果你的计算机足够快，缩小这个时间间隔。另外dt应该与setInterval()函数中的第二个参数对应起来，这样才不会导致物体看起来运动的比你想像的要快或者慢。还有一点，dt不宜过大，否则模拟会不太精确，可能出现物体穿过另一个物体之类的bug。
• step()中的iterations参数，是多个物体同时发生碰撞时的模拟精度，越高的值会使模拟越精确，但同时也会让运算速度大幅下降，推荐值为10。
• step()中的World.step()函数是用来计算世界中物体的位置，执行后，物体的位置、角度、速度等信息更新。;
• step()中的drawWorld()函数会将物体绘制在浏览器中。

01	function step(){

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03	//计算多少秒之后的世界

04	var dt = 1/60;

05

06	//迭代次数，影响物体碰撞的计算精度，太高会导致速度过慢

07	var iterations = 10;

08

09	//计算dt秒之后世界中物体的位置

10	World.step(dt,iterations);

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//绘制世界

13	drawWorld();

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}

五、绘制世界：

• 一般情况下我们只利用box2d提供物理模拟，具体世界的绘制工作自己实现。具体绘制方式opengl，canvas，etc。

01

//绘制世界

02	function drawWorld(){

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04	//绘制之前将上一帧的内容清除

05	context.clearRect(0, 0, canvasWidth, canvasHeight);

06	//遍历世界中的物体

07	for (var b = World.m_bodyList; b; b = b.m_next) {

08	//遍历物体中的形状

09	for (var s = b.GetShapeList(); s != null; s = s.GetNext())

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{

11	this.drawShape(s);  //绘制一个形状

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}

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}

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}

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//绘制一个形状

18	function drawShape(shape){

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20	context.strokeStyle = '#000';       //线形

21	context.beginPath();

22	switch (shape.m_type) {

23	case b2Shape.e_circleShape:{    //如果是圆形，画圆

24	var circle = shape;

25	var r = circle.m_radius;

26	var pos = circle.m_position;

27	var pos2 = circle.m_R.col1.clone().scale(r).add(pos);

28	context.arc(pos.x, pos.y, r, 0, Math.PI * 2, false);

29	context.moveTo(pos.x, pos.y);

30	context.lineTo(pos2.x, pos2.y);

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break;

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}

33	case b2Shape.e_polyShape:{      //如果是多边形，画多边形

34	var poly = shape;

35	var tV = b2Math.AddVV(poly.m_position,

36	b2Math.b2MulMV(poly.m_R, poly.m_vertices[0]));

37	context.moveTo(tV.x, tV.y);

38	for (var i = 0; i < poly.m_vertexCount; i++) {

39	var v = b2Math.AddVV(poly.m_position,

40	b2Math.b2MulMV(poly.m_R, poly.m_vertices[i]));

41	context.lineTo(v.x, v.y);

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}

43	context.lineTo(tV.x, tV.y);

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break;

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}

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}

47	context.stroke();   //绘制

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}