box2d中物体移动的功能实现细节

 

     最近把box2d研究了一遍，总体上差不多是了解了，但是在运行那个小球下落的demo时候发现移动速度与物理情况不一样，仔细研究了半天才发现原来有这么多细节概念要注意。这必须记录下来，对以后有同样问题的人肯定会有所启发。

 

物理模型：

    一个边长为1m的正方形盒子悬停在20m高的位置，然后自由落体。根据公式h=gt^2/2可知下落到0m高时应该是2s。

对应box2d的模型：

    一个形状为边长为1m的正四角型，不存在任何阻尼，放在20m高的空中，然后设置向下引力为9.8m/s^2。

 

注意一：单位换算 

    这个地方是新手最容易出错的。由于libgdx中的距离单位都是px，但box2d的距离单位都是m，所以你程序中所有要计算的值都要确保单位正确。 

    具体来说，比如我的显示器分辨率是1440px*900px，那我创建一个游戏界面为200px*200px的，如new JoglApplication(new DemoGame(), "Demo Demo", 200, 200, false);。这个很好理解，你的整个游戏界面就是这个大小，与显示器的分辨率是正比关系。

    然后，游戏中会有一个camera来看具体的界面内容，这里只考虑正投影摄像机（不会因为距离对界面放大或者缩小），那么定义其能看到的也是200px*200px的画面new OrthographicCamera(200, 200)，这 样就真的是画面上的1px代表你显示器的1px了。camera大小的变化是你游戏中的1px与实际显示器1px是成反比的。我觉得这个与游戏界面设置一样最好理解了。

    那如果我希望10个像素代表1m（scale=10px/m），那计算出来的每个物体位移1m，你对应的actor都要移动10个像素。就是这么个换算关系。

    注1：box2d中的单位都是标准单位，比如长度就是m，重量就是kg。

    注2：box2d的物理计算与画面上的actor是分开的，需要把物理数据再通过同步来反应到actor上。但是在Box2DDebugRenderer可以直观的看这个物理世界。

 

注意二：最大速度限制

    这个时候物体移动起来有点意思了，当把世界引力加到很大，诡异的事情发生了，开始还是加速运动，突然到后面明显变成匀速运动了。查了一遍资料才发现，原来box2d把每帧位移限制在2m/frame，所以在60Hz的刷新率情况下物体最大移动速度就是120m/s了。悲剧的是这个限制是hard coding，这可能是让物体看起来移动比较连续吧。所以要把速度加上去，那就只能提高帧数了，比如world.step(1/100f, 3, 3);能提高最大速度就是200m/s，但这么修改会有一个严重的问题，就是让物体位移的时间刻度和实际时间不一致了，画面看上去会和人感知不一样。

    注：timestep是时间步长，这是动画里面一个重要概念，物理世界每次计算出来新的位置就必须要知道过了多久时间，这就让离散的时间点计算变成一个连续的动画。

 

注意三：初始化的影响

     以上工作都做好了，发现下落时间怎么统计都不对。弄了半天才发反应过来原来第一次render的时候就已经开始计算物体移动了，并且把这个deltaTime带入进去计算了。由于初始化速度会比较慢，程序远达不到60Hz的刷新度，所以我把那个时间作为第一次下落时间其实是已经晚了的。所以干脆把第一次render再让每个物体唤醒，这就得到期望的结果了。

 

 

附上测试代码：

public class DemoGame implements ApplicationListener {

    protected OrthographicCamera camera;
    protected Box2DDebugRenderer renderer; // 测试用绘制器
    private World world;
    private float scale = 10f; // 屏幕的缩放比例，10像素/米
    private long start = 0;
    private Body body;
    private boolean isFinished = true;
    private int count = 0;
    private float totalTime = 0;

    @Override
    public void create() {
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        camera = new OrthographicCamera(200/scale, 200/scale);// 这里为了展示物理世界，把视野也转换成m
        camera.position.set(100/scale, 100/scale, 0);  // 摄像机的postion是画面的中心点
        renderer = new Box2DDebugRenderer();

        world = new World(new Vector2(0, -9.8f), true); // 一般标准重力场
        BodyDef bd = new BodyDef(); //声明物体定义
        bd.position.set(10, 20);
        bd.type = BodyType.DynamicBody;
        body = world.createBody(bd); //通过world创建一个物体
        PolygonShape box = new PolygonShape();
        box.setAsBox(0.5f, 0.5f);   // 注意单位是边长的一半
        FixtureDef fd = new FixtureDef();
        fd.shape = box;
        fd.friction = 0;
        fd.restitution = 0;
        fd.density = 1;
        body.createFixture(fd); //将形状和密度赋给物体
        body.setLinearDamping(0f);  // 没有线性阻尼
        body.setAngularDamping(0f); // 没有旋转阻尼
        body.setAwake(false);
    }

    @Override
    public void render() {
        world.step(Gdx.app.getGraphics().getDeltaTime(), 3, 3);
        if(start == 0) {
            count = 1;
            start = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("start postion：" + body.getPosition().y);
            body.setAwake(true);    // 让渲染的第一帧再让物体运动，这样时间获得才准确，
                                    // 否则第一个deltaTime有初始化时间，会让整个计算不准
        } else {
            if(isFinished){
                System.out.println("动画渲染次数： " + count++);
                System.out.println("物体移动速度: " + body.getLinearVelocity().y);
                System.out.println("---------------------------------");
                totalTime += Gdx.app.getGraphics().getDeltaTime();
            }
            if(body.getPosition().y <= 0 && isFinished) {
                System.out.println("实际时间差：" + (System.currentTimeMillis() - start)/1000f);
                System.out.println("图像增量统计时间差：" + totalTime);
                System.out.println("end postion：" + body.getPosition().y);
                isFinished = false;
                world.destroyBody(body);
            }
        }
        GL10 gl = Gdx.app.getGraphics().getGL10();
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        camera.update();
        camera.apply(gl);
        renderer.render(world, camera.combined);
    }

    @Override
    public void dispose() {
        renderer.dispose();
        world.dispose();

        renderer = null;
        world = null;
    }

    @Override
    public void pause() {
    }

    @Override
    public void resize(int width, int height) {
    }

    @Override
    public void resume() {
    }
}