Android游戏开发十日通（8）- Box2D的例子和学习小结

提要

       今天要学习的是cocos2dx中的Box2d物理引擎。

       Box2D是一款开元的C++编写的物理引擎，起初是用于Flash的游戏开发中，随后推出了C++版本，其开发和升级工作一直非常活跃，几乎成了2D游戏产品的必备物理引擎。Box2D引擎为开发者提供了一个二维刚体的物理模拟库，借助Box2D的强大功能，游戏中的动画可以更加真实，让游戏世界更具交互性。

      Box2D物理引擎所创建的物理引擎具有下面的三个特点：

1.物理世界存在一个重力场；

2.物理世界可以是一个存在边界的范围（有碰撞效果）；

3.在世界中加入静态和动态的物体，符合现实的运动规律；

       今天要学习的内容还是以实例为主。有不会的细节留言或者自行google。

最简单的Box2D的例子

      先看最终效果

      

这个例子的实现思路如下：

1.定义物理世界，定义地面；

2.响应触控操作，在点击的位置创建一个物理世界中的正方块，并用debugdraw显示；

3.将带纹理的精灵和物理世界中的正方块相连接；

关于DebugDraw

当开发者使用物理引擎开发时，需要将物理世界绘制出来，但是我们都知道物理引擎中只存在碰撞检测和物理模拟，没有任何绘制功能，为了方便调试，就加入了调试绘图功能，这个绘图都是一些先狂，并不能作为游戏的画面，只是为了方便开发者，看到物体世界的样子。

利用DebugDraw，开发者可以轻易地看到物体的形状，关节，用于连续碰撞的核心形状，AABB包围盒，接触，质心。

         还是按前面两篇教程那样创建工程，然后将cocos2d-x-2.2/samples/Cpp/TestCpp/Classes/Box2DTestBed/GLES-Render.h和cocos2d-x-2.2/samples/Cpp/TestCpp/Classes/Box2DTestBed/GLES-Render.cpp复制到工程的Classes文件夹中，修改pro.linux 的MakeFile和pro.android 的Android.mk，将文件包含进去，接下来是具体的代码实现。

HelloWorld.h

#ifndef __HELLOWORLD_SCENE_H__ #define __HELLOWORLD_SCENE_H__  #include "cocos2d.h" #include "Box2D/Box2D.h" #include "GLES-Render.h"  using namespace cocos2d;  class HelloWorld : public cocos2d::CCLayer {  private:     b2World *world;     GLESDebugDraw * m_debugDraw;     CCTexture2D* m_pSpriteTexture;  public:     HelloWorld();     ~HelloWorld();      // Here's a difference. Method 'init' in cocos2d-x returns bool, instead of returning 'id' in cocos2d-iphone     virtual bool init();        void initPhysics();     virtual void draw();      void addNewSpriteAtPosition(CCPoint p);     void update(float dt);     virtual void ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event);      // there's no 'id' in cpp, so we recommend returning the class instance pointer     static cocos2d::CCScene* scene();          // a selector callback     void menuCloseCallback(CCObject* pSender);          // implement the "static node()" method manually     CREATE_FUNC(HelloWorld); };  #endif // __HELLOWORLD_SCENE_H__ 

        private成员里面，world是一个b2World，Box2D程序都是从创建一个b2World对象开始的。b2World就像一个管理内存，物体以及模拟的物理枢纽。你可以在堆，栈或者数据段上创建物理世界。m_debugDraw用于调试绘制，m_pSpriteTexture是一个2d纹理，在绘制Spirit的时候会用到。

       public的函数里面，有三个函数要注意，update是更新物体的位置，ccTouchesEnded是在触控结束，也就是手指离开屏幕时触发。addNewSpiriteAtPosition是在某个点添加一个Spirite。函数实现如下：

HelloWorld.cpp

#include "HelloWorldScene.h"  USING_NS_CC;  #define PTM_RATIO 32 enum {     kTagParentNode = 1, };  HelloWorld::HelloWorld() {     setTouchEnabled( true );     setAccelerometerEnabled( true );     this->initPhysics();     m_pSpriteTexture = CCTextureCache::sharedTextureCache()->addImage("blocks.png");     scheduleUpdate();  }  HelloWorld::~HelloWorld() {     CC_SAFE_DELETE(world);     world = NULL;     delete m_debugDraw; }  CCScene* HelloWorld::scene() {     // 'scene' is an autorelease object     CCScene *scene = CCScene::create();          // 'layer' is an autorelease object     HelloWorld *layer = HelloWorld::create();      // add layer as a child to scene     scene->addChild(layer);      // return the scene     return scene; }    // on "init" you need to initialize your instance bool HelloWorld::init() {     //////////////////////////////     // 1. super init first     if ( !CCLayer::init() )     {         return false;     }          CCSize visibleSize = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleSize();     CCPoint origin = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleOrigin();      /////////////////////////////     // 2. add a menu item with "X" image, which is clicked to quit the program     //    you may modify it.      // add a "close" icon to exit the progress. it's an autorelease object     CCMenuItemImage *pCloseItem = CCMenuItemImage::create(                 "CloseNormal.png",                 "CloseSelected.png",                 this,                 menu_selector(HelloWorld::menuCloseCallback));          pCloseItem->setPosition(ccp(origin.x + visibleSize.width - pCloseItem->getContentSize().width/2 ,                                 origin.y + pCloseItem->getContentSize().height/2));      // create menu, it's an autorelease object     CCMenu* pMenu = CCMenu::create(pCloseItem, NULL);     pMenu->setPosition(CCPointZero);     this->addChild(pMenu, 1);      /////////////////////////////     // 3. add your codes below...      // add a label shows "Hello World"     // create and initialize a label          CCLabelTTF* pLabel = CCLabelTTF::create("Box2d Test", "Arial", 24);          // position the label on the center of the screen     pLabel->setPosition(ccp(origin.x + visibleSize.width/2,                             origin.y + visibleSize.height - pLabel->getContentSize().height));      // add the label as a child to this layer     this->addChild(pLabel, 1);       setTouchEnabled( true );     setAccelerometerEnabled( true );      // init physics     this->initPhysics();      return true; }  void HelloWorld::initPhysics() {     CCLOG("Init physics!");     b2Vec2 gravity;     gravity.Set(0.0f, -10.0f);     world = new b2World(gravity);      // Do we want to let bodies sleep?     world->SetAllowSleeping(true);     world->SetContinuousPhysics(true);      m_debugDraw = new GLESDebugDraw( PTM_RATIO );     world->SetDebugDraw(m_debugDraw);      uint32 flags = 0;     flags += b2Draw::e_shapeBit;     m_debugDraw->SetFlags(flags);      // Define the ground body.     b2BodyDef groundBodyDef;     groundBodyDef.position.Set(0, 0); // bottom-left corner     CCSize screenSize = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleSize();     // Call the body factory which allocates memory for the ground body     // from a pool and creates the ground box shape (also from a pool).     // The body is also added to the world.     b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);      // Define the ground box shape.     b2PolygonShape groundBox;     groundBox.SetAsBox(screenSize.width, 1.0f);     groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0.0f); }  void HelloWorld::menuCloseCallback(CCObject* pSender) { #if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WINRT) || (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WP8)     CCMessageBox("You pressed the close button. Windows Store Apps do not implement a close button.","Alert"); #else     CCDirector::sharedDirector()->end(); #if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_IOS)     exit(0); #endif #endif }  void HelloWorld::update(float dt) {     int velocityIterations = 8;     int positionIterations = 1;     world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);      for (b2Body* b = world->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())     {         if (b->GetUserData() != NULL) {             CCSprite* myActor = (CCSprite*)b->GetUserData();   //获取精灵             myActor->setPosition( CCPointMake( b->GetPosition().x * PTM_RATIO, b->GetPosition().y * PTM_RATIO) );             myActor->setRotation( -1 * CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle()) );         }     } }  void HelloWorld::draw() {     // This is only for debug purposes     // It is recommend to disable it     CCLayer::draw();     ccGLEnableVertexAttribs( kCCVertexAttribFlag_Position );     kmGLPushMatrix();     world->DrawDebugData();     kmGLPopMatrix(); }  void HelloWorld::ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event) {     //Add a new body/atlas sprite at the touched location     CCSetIterator it;     CCTouch* touch;      for( it = touches->begin(); it != touches->end(); it++)     {         touch = (CCTouch*)(*it);         if(!touch)             break;         CCPoint location = touch->getLocation();         addNewSpriteAtPosition( location );     } }  void HelloWorld::addNewSpriteAtPosition(CCPoint p) {     CCLOG("Add sprite %0.2f x %02.f",p.x,p.y);     // Define the dynamic body.     //Set up a 1m squared box in the physics world     b2BodyDef bodyDef;     bodyDef.type = b2_dynamicBody;     bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);     b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);      // Define another box shape for our dynamic body.     b2PolygonShape dynamicBox;     dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box      // Define the dynamic body fixture.     b2FixtureDef fixtureDef;     fixtureDef.shape = &dynamicBox;     fixtureDef.density = 1.0f;     fixtureDef.friction = 0.3f;     body->CreateFixture(&fixtureDef);  //    //We have a 64x64 sprite sheet with 4 different 32x32 images.  The following code is //    //just randomly picking one of the images     int idx = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     int idy = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(m_pSpriteTexture,CCRectMake(32 * idx,32 * idy,32,32));     this->addChild(sprite,1);     body->SetUserData(sprite); } 

具体解析下addNewSpiriteAtPosition。

 CCLOG("Add sprite %0.2f x %02.f",p.x,p.y);

在eclipse终端打印log显示添加spirit的位置。

    b2BodyDef bodyDef;     bodyDef.type = b2_dynamicBody;     bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);     b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);

        创建一个刚体。首先需要b2BodyDef 刚体的定义（包含着刚体的坐标，刚体的类型：动态），而创造一个刚体需要世界来创造。
        这里说一下world里的坐标，world是个相对来说比较真实的世界，这个世界里刚体用的参数是MKS ，也就是说米/千克/秒 ，而我们精灵用到的是像素，要相互转换，这里的PTM_RATIO也就是代表32个像素是一米，

    // Define another box shape for our dynamic body.     b2PolygonShape dynamicBox;     dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box      // Define the dynamic body fixture.     b2FixtureDef fixtureDef;     fixtureDef.shape = &dynamicBox;     fixtureDef.density = 1.0f;     fixtureDef.friction = 0.3f;     body->CreateFixture(&fixtureDef);

          定义一个四边形，设置它的物理参数。

    int idx = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     int idy = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(m_pSpriteTexture,CCRectMake(32 * idx,32 * idy,32,32));     this->addChild(sprite,1);

        通过纹理创造一个物体（注意不说刚体），idx和idy随机选择0.5和1,因为纹理是64*64的，而正方形是32*32的，需要再屏幕上体现出来，得创造一个精灵，因为刚体并不能具象的在屏幕上表示。

body->SetUserData(sprite);

将刚体和sprite连接起来。

还要注意一下Update里面的一句：

    int velocityIterations = 8;     int positionIterations = 1;     world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);

         执行一个时间步。这个操作中会执行碰撞检测(collision detection)、集成(integration)、求解约束(constraint solution)。
timeStep 模拟的时间量，这不应该是一个变化的量。
velocityIterations 速度的约束求解量。
positionIterations 位置的约束求解量。

Box2D的物理世界通常包括这样几个对象
world：一个物理世界，所有的刚体都将存在在这个世界里面，这个世界以米为距离单位。尽量贴近真实世界的度量。
body：刚体，存在在物理世界的理想物体，比任何物体都硬，不会发生形变。body对应着一个bodyDef（刚体定义），刚体定义指定了刚体的类型（动态、静态、轨迹运动的）和刚体的位置，world通过刚体定义创建刚体。
fixture：刚体修饰物，描述刚体的一些特征。fixture对应着fixtureDef（修饰物定义），它将形状绑定到刚体上，使刚体具有一些表现特征，如密度、摩擦系数、弹性等等。body通过fixtureDef创建fixture。
shape：一个几何形状，比如圆和多边形。形状是修饰物fixture的一个属性，描述了刚体的碰撞边界。

解释一下b2World, b2Body, b2BodyDef, b2Fixture, b2FixtureDef, shpae之间的关系
1.b2World通过b2BodyDef创建b2Body，没有b2BodyDef，b2Body不知道是什么类型，放在世界什么位置。
2.b2Body通过b2FixtureDef创建b2Fixture，没有b2Fixture，b2Body不知道是什么形状，摩擦、弹性、密度都不知道。shpae提供了碰撞检测的外边框。

学习小节

        好不容易，Android游戏开发十日通系列也可以告一段落了. 从当初学习libgdx到现在的cocos2d-x，我也从A成到了B城。

       libgdx是一款很不错的引擎，也有一些成熟的作品，但和cocos2d-x这个全世界都在用的游戏引擎相比还是相去太多，特别是文档的稀缺，无疑增大了学习成本。后面这几篇的cocos2d-x的学习感觉作为入门的教程还是不错的，基本美篇都有一个实例。

       本想在这篇blog里面实现一个简单的愤怒的小鸟的demo，本来想把这个系列写满10篇，本来想用一个狂拽炫酷的实例来作为结尾....可是我已经不是那个可以幸福地决定自己想学什么就学什么的少年了。

        肯定会继续学习游戏编程，可能是Unity，可能是ogre，又或许还是cocos2d-x，或者是将来的cocos3d。到时候肯定还会和电脑面前的你一起快乐地学习、分享。

      

        最后，今天是2014年的第一天，大家都新年快乐咯！

参考

Box2D教程1-创建碰撞世界 -  http://www.comingx.com/blog-html/1579.html

学习 Box2D 个人笔记（二）b2body  - http://blog.csdn.net/adrianous/article/details/8435156

Cocos2d-x游戏开发技术精解

Cocos2d-x by Example Beginner's Guide