实例介绍Cocos2d-x中Box2D物理引擎：HelloBox2D

我们通过一个实例介绍一下，在Cocos2d-x 3.x中使用Box2D物理引擎的开发过程，熟悉这些API的使用。这个实例运行后的场景如图所示，当场景启动后，玩家可以触摸点击屏幕，每次触摸时候，就会在触摸点生成一个新的精灵，精灵的运行自由落体运动。
  

HelloBox2D实例

使用Box2D引擎进行开发过程，如图12-15所示。下面我们就按照这个步骤介绍一下代码部分。首先看一下看HelloWorldScene.h文件，它的代码如下：

#ifndef __HELLOWORLD_SCENE_H__
#define __HELLOWORLD_SCENE_H__


#include "cocos2d.h"
#include "Box2D/Box2D.h"                                                ①


#define PTM_RATIO 32                                                    ②


class HelloWorld : public cocos2d::Layer
{
    b2World* world;                                                     ③


public:
    static cocos2d::Scene* createScene();
    virtual bool init();


    virtual void update(float dt);                                              ④
    virtual bool onTouchBegan(cocos2d::Touch* touch, cocos2d::Event* event);            ⑤


    CREATE_FUNC(HelloWorld);

    void initPhysics();                                                     ⑥
    void addNewSpriteAtPosition(cocos2d::Vec2 p);                               ⑦


};


#endif // __HELLOWORLD_SCENE_H__

上述第①行代码#include "Box2D/Box2D.h"是引入使用Box2D引擎需要头文件。第②行代码#define PTM_RATIO 32是定义宏PTM_RATIO，PTM_RATIO是屏幕上多少像素为1米，32表示屏幕上32像素表示1米，在Box2D中单位使用MKS公制系统，即：长度单位采用米，质量单位采用千克，时间单位采用秒。
代码第③行world是声明物理世界b2World成员变量。第④行代码是游戏循环函数。第⑤行代码是触摸点击响应函数。第⑥行代码是声明初始化物理引擎函数initPhysics。第⑦行是声明addNewSpriteAtPosition函数，是在触摸点创建一个精灵对象。
HelloWorldScene.cpp中HelloWorld::init()函数代码如下：

bool HelloWorld::init()
{
    if ( !Layer::init() )
    {
        return false;
    }


    Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();
    Vec2 origin = Director::getInstance()->getVisibleOrigin();


    // 初始化物理引擎
    this->initPhysics();                                                 ①


    setTouchEnabled(true);
    //设置为单点触摸
    setTouchMode(Touch::DispatchMode::ONE_BY_ONE);
    //开始游戏循环
    scheduleUpdate();                                                   ②


    return true;
}

上述代码第①行调用initPhysics()函数初始化物理引擎。第②行代码scheduleUpdate()是开始游戏循环，一旦开启游戏循环就会回调HelloWorld::update(float dt)函数。
HelloWorldScene.cpp中初始化物理引擎HelloWorld::initPhysics()函数代码如下：

void HelloWorld::initPhysics()
{
    Size s = Director::getInstance()->getVisibleSize();

    //重力参数
    b2Vec2 gravity;                                                         ①
    gravity.Set(0.0f, -10.0f);                                              ②
    //创建世界
    world = new b2World(gravity);                                           ③
    // 允许物体是否休眠
    world->SetAllowSleeping(true);                                           ④
    // 开启连续物理测试
    world->SetContinuousPhysics(true);                                       ⑤

    //地面物体定义
    b2BodyDef groundBodyDef;                                            ⑥
    //左下角
    groundBodyDef.position.Set(0, 0);                                       ⑦


    //创建地面物体
    b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);                      ⑧


    //定义一个有边的形状
    b2EdgeShape groundBox;                                              ⑨


    // 底部
    groundBox.Set(b2Vec2(0,0), b2Vec2(s.width/PTM_RATIO,0));                        ⑩
    //使用夹具固定形状到物体上
    groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);                                 ⑪


    // 顶部
    groundBox.Set(b2Vec2(0,s.height/PTM_RATIO),
                    b2Vec2(s.width/PTM_RATIO,s.height/PTM_RATIO));
    groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);


    // 左边
    groundBox.Set(b2Vec2(0,s.height/PTM_RATIO), b2Vec2(0,0));                           groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);


    // 右边
    groundBox.Set(b2Vec2(s.width/PTM_RATIO,s.height/PTM_RATIO),
                        b2Vec2(s.width/PTM_RATIO,0));
    groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);


}

代码第①行b2Vec2 gravity是声明重力变量，b2Vec2是一个二维矢量，它的两个属性为浮点数x和y，表示在x轴和y轴方向的矢量。第②行代码gravity.Set(0.0f, -10.0f)是设置矢量值，其中(0.0f, -10.0f)表示只有重力作用物体，-10.0f表示沿着y轴向下。
第③行代码world = new b2World(gravity)是创建物理世界b2World对象，这里采用了new创建物理世界对象，在C++中new关键字分配内存，释放内存是delete关键字。World是成员变量，需要自己释放成员变量一般是在析构函数中释放，代码如下：
HelloWorld::~HelloWorld()
{
    CC_SAFE_DELETE(world); 
}
其中CC_SAFE_DELETE(world)是安全释放world变量，CC_SAFE_DELETE宏代表安全释放内存。
第④行代码world->SetAllowSleeping(true)是允许物体睡眠与否，如果允许休眠，可以提高物理世界中物体的处理效率，只有在发生碰撞时才唤醒该对象。
第⑤行代码world->SetContinuousPhysics(true)是开启连续物理测试[ 开启连续物理测试，这是因为计算机只能把一段连续的时间分成许多离散的时间点，再对每个时间点之间的行为进行演算，如果时间点的分割不够细致，速度较快的两个物体碰撞时就可能会产生“穿透”现象，开启连续物理将启用特殊的算法来避免该现象。]。
第⑥行代码是声明形状定义（b2BodyDef）变量。第⑦行代码groundBodyDef.position.Set(0, 0)是设置形状的位置。第⑧行代码b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef)是通过形状定义变量groundBodyDef创建地面物体。
第⑨行代码是声明一个有边形状定义b2EdgeShape变量，第⑩行代码groundBox.Set(b2Vec2(0,0), b2Vec2(s.width/PTM_RATIO,0))是设置有边形状的开始位置(0,0)和结束位置(s.width/PTM_RATIO,0)，s.width/PTM_RATIO是将像素换算成米。第⑪行代码是使用夹具固定形状到物体上。用类似的函数定义顶部、左边和右边的物体。
HelloWorldScene.cpp中创建精灵HelloWorld::addNewSpriteAtPosition函数代码如下：

void HelloWorld::addNewSpriteAtPosition(Vec2 p)
{
    log("Add sprite %0.2f x %02.f",p.x,p.y);


    //创建物理引擎精灵对象
    auto sprite = Sprite::create("BoxA2.png");                                  ①
    sprite->setPosition( Vec2( p.x, p.y) );
    this->addChild(sprite);


    //物体定义
    b2BodyDef bodyDef;                                                  ②
    bodyDef.type = b2_dynamicBody;                                          ③
    bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);                         ④
    b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);                              ⑤
    body->SetUserData(sprite);                                               ⑥


    // 定义2米见方的盒子形状
    b2PolygonShape dynamicBox;                                          ⑦
    dynamicBox.SetAsBox(1, 1);                                          ⑧


    // 夹具定义
    b2FixtureDef fixtureDef;                                                ⑨
    //设置夹具的形状
    fixtureDef.shape = &dynamicBox;                                         ⑩
    //设置密度
    fixtureDef.density = 1.0f;                                              ⑪
    //设置摩擦系数
    fixtureDef.friction = 0.3f;                                             ⑫
    //使用夹具固定形状到物体上
    body->CreateFixture(&fixtureDef);                                        ⑬


}

上述代码第①行是创建精灵（Sprite）对象，精灵（Sprite）对象与物理引擎物体是没有关系，我们需要在游戏循环函数中更新。
代码第②行是声明动态物体定义变量，代码第③行bodyDef.type = b2_dynamicBody是设置物体类型为动态物体，物体分为静态和动态物体。第④行代码是设置物体的位置，它的单位是米。第⑤行代码b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef)是创建物体对象。第⑥行代码body->SetUserData(sprite)是将精灵放置到物体的UserData属性中，这样便于我们从物体中获取相关联的物体。
第⑦行代码b2PolygonShape dynamicBox是声明多边形形状定义变量。第⑧行代码dynamicBox.SetAsBox(1, 1)是设置多边形为矩形盒子形状，由于坐标原点在盒子的左下角，SetAsBox是设置盒子的中心为(1,1)，那么这个盒子的就是2米见方的大小。
第⑨行代码是b2FixtureDef fixtureDef是声明夹具定义变量。第⑩行代码是设置夹具的形状。第⑪行代码fixtureDef.density = 1.0f是设置形状的密度。第⑫行代码fixtureDef.friction = 0.3f是设置摩擦系数，范围是0.0~1.0之间。第⑬行代码body->CreateFixture(&fixtureDef) 是使用夹具固定形状到物体上，这样物体就有了形状。
HelloWorldScene.cpp中游戏循环函数HelloWorld::update代码如下：

void HelloWorld::update(float dt)
{
    float timeStep = 0.03f;
    int32 velocityIterations = 8;
    int32 positionIterations = 1;


    world->Step(timeStep, velocityIterations, positionIterations);


    for (b2Body* b = world->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())                       ①
    {
        if (b->GetUserData() != nullptr) {
            Sprite* sprite = (Sprite*)b->GetUserData();
            sprite->setPosition( Vec2( b->GetPosition().x *
                PTM_RATIO, b->GetPosition().y * PTM_RATIO) );
            sprite->setRotation( -1 * CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle()) );
        }
    }                                                                           ②
}

其中代码①~②这段代码可以同步物理引擎中的物体与精灵位置和状态。

 

 

 

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