Box2D v2.1.0用户手册翻译 - 第07章 物体(Bodies)
内容很多摘自
Aman JIANG(江超宇)翻译的Box2D v2.0.1 用户手册
第07章 物体(Bodies)
7.1 关于
物体具有位置和速度。你可以将力(forces), 扭矩(torques),冲量(impulses)应用到物体上。 物体可以是静态的(static), 运动但不受力的(kinematic), 和动态的(dynamic)。这是物体的类型定义:
b2_staticBody
static物体在模拟时不会运动，就好像它具有无穷大的质量。在Box2D内部，会将static物体的质量存储为零。static物体可以让用户手动移动，它速度为零，另外也不会和其它static或kinematic物体相互碰撞。
b2_kinematicBody
kinematic物体在模拟时以一定速度运动, 但不受力的作用。它们可以让用户手动移动，但通常的做法是设置一定速度。kinematic物体的行为表现就好像它具有无穷大的质量，Box2D将它的质量存储为零。kinematic物体并不会和其它static或kinematic物体相互碰撞。
b2_dynamicBody
dynamic物体被完全模拟。它们可以让用户手动移动，但通常它们都是受力的作用而运动。dynamic物体可以和其它所有类型的物体相互碰撞。dynamic物体的质量总是有限大的，非零的。如果你试图将它的质量设置为零，它会自动地将质量修改成一千克。
物体是fixtures的骨架，带着fixture在世界中运动。Box2D中的物体总是刚体(rigid body)。也就是说，同一刚体上的两个fixture，永远不会相对移动。
fixture有可碰撞的几何形状和密度(density)。物体通常从它的fixture中获得质量属性。当物体构建之后，你也可以改写它的质量属性。这将在下面讨论到。
通常你会保存所有你所创建物体的指针,这样你就能查询物体的位置,用于更新图形实体的位置。另外在不需要它们的时候，你也可以使用指针去摧毁它们。
7.2 物体定义(Body Definition)
在创建物体之前你需要先创建物体定义(b2BodyDef)。物体定义含有初始化物体所需的数据。
Box2D会从物体定义中拷贝出数据, 并不会保存它的指针。这意味着你可以重复使用同一个物体定义去创建多个物体。
让我们看一些物体定义的关键成员。
物体类型(Body Type)
本章开始已经说过，有三种物体类型: static, kinematic, 和dynamic。 你应该在创建时就确定好物体类型，因为以后再修改的话，代价会很高。
bodyDef.type = b2_dynamicBody;
物体类型是一定要设置的。
位置和角度(Position and Angle)
物体定义为你提供了一个在创建时初始化位置的机会。这比在world原点下创建物体后再移动到某个位置更高效。
注意
不要在原点创建物体后在移动它。如果你在原点上同时创建了几个物体，性能会很差。
物体上主要有两个让人感兴趣的点。第一个是物体的原点。fixture和关节都是相对于原点而依附到物体上面的。第二个是物体的质心。质心由形状的质量分布决定,或显式地由b2MassData设置。Box2D内部许多计算都要使用物体的质心, 例如b2Body会存储质心的线速度。
当你构造物体定义的时候,可能你并不知道质心在哪里。你可以会指定物体的原点，也可以会以弧度指定物体的角度, 角度并不受质心位置的影响。如果随后你改变了物体的质量属性,那么质心也会随之移动,但是原点以及物体上的形状和关节都不会改变。
bodyDef.position.Set(0.0f, 2.0f);// body的原点
bodyDef.angle = 0.25f * b2_pi;// 弧度制下body的角
阻尼(Damping)
阻尼用于减小物体在世界中的速度。阻尼跟摩擦有所不同,摩擦仅在物体有接触的时候才会发生。阻尼并不能取代摩擦,往往这两个效果需要同时使用。
阻尼参数的范围可以在0到无穷大之间, 0表示没有阻尼,无穷大表示满阻尼。通常来说,阻尼的值应 该在0到0.1之间。通常我不使用线性阻尼, 因为它会使物体看起来有点漂浮。
bodyDef.linearDamping = 0.0f;
bodyDef.angularDamping = 0.01f;
阻尼类似稳定性与性能, 在值较小的时候阻尼效应几乎不依赖于时间步, 值较大的时候阻尼效应将随着时间步而变化。如果你使用固定的时间步(推荐)这就不是问题了。
休眠参数(Sleep Parameters)
休眠是什么意思? 模拟物体的成本是高昂的,所以如果物体更少,那模拟的效果就能更好。当物体停止了运动时, 我们会希望停止模拟它。
当Box2D确定一个物体(或一组物体)已停止移动时,物体就会进入休眠状态。休眠物体只消耗很小的 CPU开销。如果一个醒着的物体接触到了一个休眠中的物体,那么休眠中的物体就会醒过来。当物体上的关节或触点被摧毁的时候,它们同样会醒过来。你也可以手动地唤醒物体。
通过物体定义,你可以指定一个物体是否可以休眠,或者创建一个休眠的物体。
bodyDef.allowSleep = true;
bodyDef.awake = true;
固定旋转(Fixed Rotation)
你可能想一个刚体，比如某个角色，具有固定的旋转角。这样物体即使在负载下，也不会旋转。 你可以设置fixedRotation来达到这目的:
bodyDef.fixedRotation = true;
固定旋转标记使得转动惯量被设置成零。
子弹(Bullets)
游戏模拟通常以一定帧率(frame rate)产生一系列的图片。这就是所谓的离散模拟。在离散模拟中，在一个时间步内刚体可能移动较大距离。如果一个物理引擎没有处理好大幅度的运动,你就可能会看见一些物体错误地穿过了彼此。这被称为隧穿效应(tunneling)。
默认情况下,Box2D会通过连续碰撞检测(CCD)来防止动态物体穿越静态物体。这是通过扫描形状从旧 位置到新位置的过程来完成的。引擎会查找扫描中的新碰撞,并为这些碰撞计算碰撞时间 (TOI)。物体会先被移动到它们的第一个TOI,然后一直模拟到原时间步的结束。
一般情况下，dynamic物体之间不会应用CCD,这是为了保持性能。在一些游戏环境中你需要在动态物体上也使用CCD。比如,你可能想用一颗高速的子弹去射击一块动态的砖头。没有CCD,子弹就可能会隧穿砖头。
在Box2D中，高速移动的物体可以标记成子弹(bullet)。子弹跟static或者dynamic物体之间都会执行CCD。你需要按照游戏的设计来决定哪些物体是子弹。如果你决定一个物体应该按照子弹去处理,使用下面的设置。
bodyDef.bullet = true;
子弹标记只影响dynamic物体。
Box2D执行连续碰撞检测，所以子弹也有可能会错过快速移动的物体。
活动状态(Activation)
你可能希望创建一个物体并不参与碰撞和动态模拟。这状态跟休眠有点类似，但并不会被其它物体唤醒，它上面的fixture也不会 被放到broad-phase中。也就是说，物体不会参于碰撞检测，光线投射(ray casts)等等。
你可以创建一个非活动的物体，之后再激活它。
bodyDef.active = true;
关节也可以连接到非活动的物体。但这些关节并不会被模拟。你要小心，当激活物体时，它的关节不会被扭曲(distorted)。
用户数据(User Data)
用户数据是个void指针。它让你将物体和你的应用程序关联起来。你应该保持一致性，所有物体的用户数据都指向相同的对象类型。
b2BodyDef bodyDef;
bodyDef.userData = &myActor;
7.3 物体工厂(Body Factory)
物体使用world类提供的工厂来创建和摧毁。这让world可以通过一个高效的分配器来创建物体,并且把物体加入到world的数据结构中。
物体可以是dynamic或static的,这取决于质量属性。两种类型物体的创建和摧毁方法都是一样的。
b2Body* dynamicBody =myWorld->CreateBody(&bodyDef);
... do stuff ...
myWorld->DestroyBody(dynamicBody);
dynamicBody = NULL;
注意
永远不要使用new或malloc来创建物体, 否则世界不会知道这个物体的存在,并且物体也不会被适当地初始化。
static物体不会受其它物体的作用而移动。你可以手动地移动static物体,但你必须小心,不要挤压到static物体之间的dynamic物体。另外,当你移动static物体的时候,摩擦不会正确工作。static物体不会和其它static或kinematic物体碰撞。在单个static物体上附加数个形状, 要比多个static物体都只附加单个形状，有更好的性能。在内部, Box2D会设置static物体的质量为零。这使得大部分算法都不必把静态物体当成特殊情况来看待。
Box2D并不保存物体定义的引用,也不保存其任何数据(除了用户数据指针)。所以你可以创建临时的 物体定义, 并重复利用它。
Box2D允许你通过删除b2World对象来摧毁物体,它会为你做所有的清理工作。然而, 你必须小心地将保存在游戏引擎的body指针清零。
当你摧毁物体时，依附其上的fixture和joint都会自动被摧毁。了解这点，对你如何管理fixture和joint指针有重要意义。
7.4 使用物体(Using a Body)
在创建完一个物体之后,你可以对它进行许多操作。其中包括设置质量,访问其位置和速度,施加力,以及转换点和向量。
质量数据(Mass Data)
每个物体都有质量(标量), 质心(二维向量)和转动惯性(标量）。对于static物体，它的质量和转动惯性都是零。当物体设置成固定旋转(fixed rotation)，它的转动惯性也是零。
通常情况下，当fixture添加到物体上时，物体的质量属性会自动地确定。你也可以在运行时(run-time)调整物体的质量。你有特殊的游戏方案，需要改变质量时，可以这样做。
void SetMassData(const b2MassData* data);
直接设置物体的质量后，你可能希望再次使用fixture来指定质量。可以这样做:
void ResetMassData();
要得到物体的质量数据，可以通过下面的函数:
float32 GetMass() const;
float32 GetInertia() const;
const b2Vec2& GetLocalCenter()const;
void GetMassData(b2MassData* data)const;
状态信息(State Information)
物体的有多个方面状态。你可以通过下面的函数高效地访问状态数据:
void SetType(b2BodyType type);
b2BodyType GetType();
void SetBullet(bool flag);
bool IsBullet() const;
void SetSleepingAllowed(bool flag);
bool IsSleepingAllowed() const;
void SetAwake(bool flag);
bool IsAwake() const;
void SetActive(bool flag);
bool IsActive() const;
void SetFixedRotation(bool flag);
bool IsFixedRotation() const;
位置和速度(Position and Velocity)
你可以访问一个物体的位置和旋转角, 这在你渲染相关游戏角色时很常用。通常情况下，你都是使用Box2D来模拟运动，也可以设置位置, 但不怎么常用。
bool SetTransform(const b2Vec2&position, float32 angle);
const b2Transform&GetTransform() const;
const b2Vec2& GetPosition()const;
float32 GetAngle() const;
你可以访问本地坐标系及世界坐标下的质心。许多Box2D的内部模拟都使用质心。通常你不必访问质心。取而代之, 你一般应该关心物体变换。比如，你有个正方形的物体。物体的原点可能在正方形的一个角点，而质心却位于正方形的中心点。
const b2Vec2& GetWorldCenter()const;
const b2Vec2& GetLocalCenter()const;
你可以访问线速度与角速度,线速度是对于质心所言的。所以质量属性改变了，线速度有可能也会改变。