cocos2dx物理引擎和碰撞检测(七)关节(Joints)

关节，字面上理解是两块或者两块以上的骨头之间能活动的连接。这个解释也能套用在Box2D引擎当中的关节上，只不过骨头变成物体。在引擎当中，关节是将两个或者两个以上物体连接在一起的对象。物理世界中的关节有三个作用：
1.用于连接物体

2.它用于限制物体的移动。是一种约束

3.它本身是一个能够活动的对象

只要是由多个物体组成的游戏元素，基本都会需要关节。

关节的定义(JointDef)

与物体和框架一样，每种关节类型都有各自的定义，它们都派生自类b2JointDef。关节的定义主要是在创建关节时，提供基本的初始化数值。几乎所有的关节类型，都是用来连接两个不同的物体，其中一个物体有可能是静态的，另外一个则是动态的。也可能连接两个静态或者平台类型的物体，但这没有意义，只会增加运算消耗。

另外，任何一种关节类型都包含了一个用户数据的void指针。开发者可以用它来指定游戏元素。开发者可以用它来指定游戏元素。每一个关节对象还提供一个标记，用于防止关节相连的物体发生碰撞，如果读者有特殊的需求，希望一个关节上的两个物体也能够发生碰撞，则可以设置collideConnected布尔值来允许相连的物体之间发生碰撞。

很多关节定义需要提供一些几何数据，比如大多数的关节对象会需要一个锚点，来确定和物体固定连接得点。引擎会要求这些点要在局部坐标系中制定，这样的做的好处是就算当前物体的变化违反了关节约束，关节仍然可以被指定。

说明：在游戏保存或载入进度时，经常会发生物体违反关节约束的情况。

另外，还有些关节定义需要默认的物体之间的相对角度。这样是为了能够正确的设置旋转的约束。

关节的属性：

关节存在许多的类型。不过它们都是来自一个父类b2Joint。这就意味着它们会具有许多共同的属性。最明显的属性就是它们都会被称为什么什么类型的关节。在物理世界中，开发者需要使用关节工厂来创建关节对象。在我们介绍的物理世界中，还没有不是由工厂创建的对象。这是Box2D引擎管理对象的一个方式，关节作为物理世界中的一个类型，必然存在一些共同的属性。

在物理世界当中关节被创建之后直到摧毁，它通常都不会被访问。这主要与它的特点有关。它被用来作为物体之间的约束。开发者更习惯于操作代表着游戏元素的物体，但这并不表示关节对象不存在可访问的函数，在关节对象也包含了许多有用的数据，可以使得开发者创建出丰富的模拟效果。开发者可以在关节上得到约束的物体，锚点以及用户数据：

//得到物体

b2Body* GetBody1();

//得到锚点

b2Vec2 GetAnchor1();

//得到用户数据

void *GetUserData();

 

所有的关节都有反作用力和反扭矩，这个反作用力应用于物体2(body2)的锚点之上。开发者可以用反作用力来折断关节(break joints)，或引发其他游戏事件。这些函数需要做一些物理计算，所以没有必要时，都不用去调用。

//得到反作用力

b2Vec2 GetReactionForce();

//得到反扭矩

float32 GetReactionTorque();

 

除了上述一个共有的函数以外，关节还有两个特殊的属性：

(1)限制(limit)存在于大多数关节类型当中。通过它，开发者可以控制连接物体运动的范围。

(2)马达(motor)也出现于许多的关节类型中。它用于以指定的速度驱动关节一直运动。开发者可以指定更大的力或扭矩来抵消这种运动，否则这个马达可以是永不停歇的。

关节马达与限制有许多不同的用途。开发者可以使用关节来控制位置，只要提供一个与目标距离成正比例的距离限制即可。比如两个绑在一起的球，就可以通过距离约束，使得它们具有一样的运动状态。另外它们还可以模拟关节摩擦，将关节速度置0，然后提供一个小的但有效的最大力或者扭矩，那么马达就会努力保持关节不动，直到负载变得过大。开发者可以设置一个马达来驱动物体关节旋转，比如推车上的四个轮子，就可以用马达来驱动。

距离关节(Distance Joint)

距离关节是为了确保两个物体之间的距离保持不变，同时两个物体可以任意运动和旋转。这里的距离保持不变，是指两个物体上关节锚点之间的距离不变。距离关节约束物体的使用方式很简单。当开发者制定一个距离关节时，两个物体必须已在所在的位置上。之后，指定世界坐标中两个锚点的位置，第一个锚点连接物体1，第二个锚点连接物体2，这两个锚点之间隐含了距离约束的长度，它们的距离必须固定不变。读者可以将其理解为用木板连接两个物体：

//距离关节定义

b2DistanceJointDef jointDef;

//初始化关节绑定的物体和锚点

jointDef.Initialize(myBody1,myBody2,worldAnchorOnBody1,worldAnchorOnBody2);

//开启物体之间的相互碰撞

jointDef.collideConnected = true;

距离关节可以是硬的，也可以是软的。

//距离关节

b2DistanceJointDef djd;

//使用柔软的距离限制，可以减少一些抖动，这也使得结构显得有点更流畅，就算悬挂系统

djd.dampingRatio = 2.0f;

djd.frequencyHz = 0.0f;

 

如果读者要使得距离关节有弹性，可以调用以下两个参数：
(1)频率(frequency)：表示震动的快慢，单位为赫兹；

(2)阻尼率(dampingRatio)没有数据单位，数值在0-1之间，也可以更大。1是阻尼率的临界点，当阻尼率为1时，没有震动。

旋转关节(Revolute Joint)

旋转关节的作用是强制两个物体共享的一个锚点，这个锚点类似柳钉一样，将两个物体绑定在一起。旋转关节上的物体只有一个自由度，那就是物体的相对旋转。两个物体之间的角度差称为关节角。

b2RevoluteJointDef jointDef;

jointDef.Initialize(myBody1,myBody2,myBody1->GetWorldCenter());

 

之前说过绑定在旋转关节的两个物体是可以自由旋转的。在引擎中规定的逆时针旋转时，关节角为正值。并且和引擎中所有的角度一样，关节角也是弧度制的。在使用函数Initialize()创建旋转关节时，无论两个物体当前的角度怎样，旋转关节角都为0。

移动关节(Prismatic Joint)

移动关节是一个用来约束物体移动的关节，它允许两个物体沿指定轴相对移动，同时阻止物体相对旋转。和旋转关节类似，只不过旋转关节允许旋转，限制平移；而移动关节允许平移，限制旋转。相关代码：

//移动关节定义

b2PrismaticJointDef jointDef;

//关节锚点

b2Vec2 worldAxis(1.0f,0.0f);

//关节定义初始化

jointDef.Initialize(myBody1,myBody2,myBody1->GetWorldCenter(),worldAxis);

//角度限制

jointDef.lowerTranslation = -0.5f;

jointDef.upperTranslation = 2.5f;

另外，滑轮关节(Pulley Joint)、齿轮关节、鼠标关节、线性关节和焊接关节这里不再多说，如想了解请自行了解