Lumberyard：Lumberyard物理系统详解_2024-07-13_20-00-57.Tex

Lumberyard：Lumberyard物理系统详解

Lumberyard物理系统概述

物理引擎介绍

Lumberyard, 亚马逊的游戏引擎，集成了强大的物理引擎，用于模拟游戏世界中的真实物理行为。其物理引擎基于PhysX，一个由NVIDIA开发的物理模拟技术，广泛应用于游戏开发中。PhysX支持复杂的物理交互，包括刚体动力学、软体物理、流体动力学等，能够为游戏提供逼真的物理效果。

物理系统在Lumberyard中的作用

在Lumberyard中，物理系统扮演着关键角色，它负责处理游戏世界中的物理碰撞、重力、摩擦力等自然现象。通过物理系统，开发者可以创建动态的环境，使游戏角色和物体能够与游戏世界进行自然的交互。例如，当一个角色跳跃时，物理系统会计算重力对角色的影响，确保角色的运动符合物理规律。

物理系统的基本组件

Lumberyard物理系统的基本组件包括：

• 刚体：代表游戏世界中可以移动的物体，如角色、车辆或可破坏的环境物体。刚体具有质量、摩擦力、反弹力等属性，可以受到力的作用而移动。
• 碰撞体：定义物体的形状和大小，用于检测物理碰撞。碰撞体可以是简单的形状，如球体、立方体，也可以是复杂的网格形状。
• 关节：用于连接两个刚体，模拟铰链、弹簧等物理连接。关节可以限制刚体的运动，实现如门的开合、角色的关节运动等效果。
• 力和扭矩：可以应用于刚体，改变其运动状态。力影响刚体的线性运动，而扭矩影响刚体的旋转运动。

物理引擎示例：刚体动力学

在Lumberyard中，使用刚体动力学可以创建动态的物理效果。以下是一个简单的示例，展示如何在Lumberyard中创建一个刚体，并应用力使其移动。

创建刚体

在Lumberyard的编辑器中，选择一个物体，然后在属性面板中勾选“物理”选项下的“刚体”复选框，即可将该物体转换为刚体。

应用力

在脚本中，可以使用AddForce函数向刚体应用力。以下是一个C++代码示例，展示如何向一个刚体应用力：

// 在Lumberyard中向刚体应用力的示例
#include 

class MyGameLogic : public AZ::Component
{
public:
    void OnTick(float deltaTime, AZ::ScriptTimePoint time)
    {
        // 获取刚体实体
        AZ::EntityId entityId;
        // 假设我们已经获取了实体ID
        // ...

        // 向刚体应用力
        AZ::Vector3 force(100.0f, 0.0f, 0.0f); // 水平向右的力
        AZ::Interface<AzPhysics::SystemInterface>::Get()->GetRigidBody(entityId)->AddForce(force);
    }
};

解释

在上述代码中，我们首先包含了AzFramework/Physics/RigidBodyBus.h头文件，这是Lumberyard物理系统中用于操作刚体的接口。然后，在OnTick函数中，我们获取了刚体的实体ID，并向其应用了一个水平向右的力。这个力将使刚体在游戏世界中向右移动。

物理引擎示例：碰撞检测

碰撞检测是物理系统中的另一个重要功能，它用于检测游戏世界中物体之间的碰撞。以下是一个C++代码示例，展示如何在Lumberyard中检测两个刚体之间的碰撞：

// 在Lumberyard中检测刚体碰撞的示例
#include 

class MyCollisionListener : public AzPhysics::CollisionNotificationBus::Handler
{
public:
    MyCollisionListener(AZ::EntityId entityId)
    {
        // 注册碰撞监听器
        AzPhysics::CollisionNotificationBus::Handler::BusConnect(entityId);
    }

    void OnCollisionBegin(AZ::EntityId otherEntityId) override
    {
        // 当碰撞开始时调用
        AZ_TracePrintf("Collision", "Entity %llu collided with entity %llu\n", this->GetEntityId(), otherEntityId);
    }

    void OnCollisionEnd(AZ::EntityId otherEntityId) override
    {
        // 当碰撞结束时调用
        AZ_TracePrintf("Collision", "Entity %llu stopped colliding with entity %llu\n", this->GetEntityId(), otherEntityId);
    }
};

解释

在上述代码中，我们创建了一个MyCollisionListener类，该类继承自AzPhysics::CollisionNotificationBus::Handler。通过注册这个监听器，我们可以监听特定刚体的碰撞事件。当两个刚体开始碰撞时，OnCollisionBegin函数将被调用，而当碰撞结束时，OnCollisionEnd函数将被调用。在这些函数中，我们使用AZ_TracePrintf函数输出碰撞信息，以便在控制台中查看。

物理引擎示例：关节连接

关节是物理系统中用于连接两个刚体的组件，可以模拟铰链、弹簧等物理连接。以下是一个C++代码示例，展示如何在Lumberyard中创建一个铰链关节：

// 在Lumberyard中创建铰链关节的示例
#include 

class MyJointCreator : public AZ::Component
{
public:
    void OnTick(float deltaTime, AZ::ScriptTimePoint time)
    {
        // 获取两个刚体的实体ID
        AZ::EntityId entityId1;
        AZ::EntityId entityId2;
        // 假设我们已经获取了实体ID
        // ...

        // 创建铰链关节
        AzPhysics::JointRequestBus::Broadcast(&AzPhysics::JointRequests::CreateJoint, "Hinge", entityId1, entityId2);
    }
};

解释

在上述代码中，我们首先包含了AzPhysics/Components/JointComponentBus.h头文件，这是Lumberyard物理系统中用于操作关节的接口。然后，在OnTick函数中，我们获取了两个刚体的实体ID，并使用AzPhysics::JointRequestBus::Broadcast函数创建了一个铰链关节。这个关节将限制两个刚体之间的相对运动，使它们像铰链一样连接。

结论

Lumberyard的物理系统提供了丰富的功能，包括刚体动力学、碰撞检测和关节连接，使开发者能够创建出逼真且动态的游戏环境。通过上述示例，我们展示了如何在Lumberyard中使用物理系统的基本组件，包括刚体、碰撞体和关节，以及如何通过代码向刚体应用力和检测碰撞。掌握这些技术将有助于开发者在Lumberyard中实现更高级的物理效果和游戏机制。

Lumberyard物理资产创建与管理

创建物理资产

在Lumberyard中，物理资产是用于定义游戏世界中物体物理特性的关键组件。这些资产可以控制物体的重量、摩擦力、反弹力等，以及物体如何与环境和其他物体交互。创建物理资产通常涉及以下步骤：

1. 打开Lumberyard编辑器：启动Lumberyard编辑器，进入项目。
2. 创建物理资产：在内容浏览器中，右键选择“创建新物理资产”。
3. 导入模型：将3D模型导入到物理资产中，这可以是游戏中的任何物体。
4. 定义物理属性：在物理资产编辑器中，可以设置物体的物理属性，如质量、摩擦系数、反弹系数等。
5. 添加碰撞体：为模型的每个部分添加碰撞体，确保物理模拟的准确性。
6. 保存物理资产：完成编辑后，保存物理资产，以便在游戏中使用。

示例：创建一个简单的物理资产

假设我们有一个简单的立方体模型，我们想要创建一个物理资产，使其在游戏中具有一定的重量和摩擦力。

// 示例代码：在C++中加载和使用物理资产
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

class SimpleCubePhysicsAsset
{
public:
    SimpleCubePhysicsAsset()
    {
        // 创建物理场景
        AZ::Physics::SceneHandle sceneHandle;
        AZ::Physics::SceneRequestsBus::BroadcastResult(sceneHandle, &AZ::Physics::SceneRequests::CreateScene, "DefaultPhysicsScene");

        // 创建碰撞体配置
        AZ::Physics::BoxShapeConfiguration boxConfig;
        boxConfig.m_halfExtents = AZ::Vector3(0.5f, 0.5f, 0.5f); // 立方体的半长宽高
        boxConfig.m_position = AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f); // 碰撞体的位置
        boxConfig.m_rotation = AZ::Quaternion::CreateIdentity(); // 碰撞体的旋转

        // 创建物理属性
        AZ::Physics::RigidBodyConfiguration rigidBodyConfig;
        rigidBodyConfig.m_mass = 10.0f; // 物体的质量
        rigidBodyConfig.m_friction = 0.5f; // 物体的摩擦力

        // 将碰撞体和物理属性添加到场景中
        AZ::Physics::ShapeHandle shapeHandle;
        AZ::Physics::ShapeRequestsBus::EventResult(shapeHandle, sceneHandle, &AZ::Physics::ShapeRequests::CreateShape, boxConfig);
        AZ::Physics::RigidBodyHandle rigidBodyHandle;
        AZ::Physics::RigidBodyRequestsBus::EventResult(rigidBodyHandle, sceneHandle, &AZ::Physics::RigidBodyRequests::CreateRigidBody, rigidBodyConfig);
        AZ::Physics::RigidBodyRequestsBus::Event(rigidBodyHandle, &AZ::Physics::RigidBodyRequests::AddShape, shapeHandle);
    }
};

编辑物理属性

编辑物理属性允许你微调物体的物理行为，以适应游戏设计的需求。这包括但不限于：

• 质量：物体的重量，影响其移动和被移动的难易程度。
• 摩擦力：物体与地面或其他物体接触时的摩擦程度。
• 反弹力：物体碰撞后的反弹效果。
• 密度：物体的密度，用于计算其质量。
• 重力比例：物体受到的重力大小，可以用来模拟不同环境下的物理效果。

示例：编辑物理属性

// 示例代码：在C++中编辑物理资产的属性
void EditPhysicsProperties(AZ::Physics::RigidBodyHandle rigidBodyHandle)
{
    AZ::Physics::RigidBodyConfiguration rigidBodyConfig;
    AZ::Physics::RigidBodyRequestsBus::EventResult(rigidBodyConfig, rigidBodyHandle, &AZ::Physics::RigidBodyRequests::GetRigidBodyConfiguration);

    // 修改物理属性
    rigidBodyConfig.m_mass = 20.0f; // 增加物体的质量
    rigidBodyConfig.m_friction = 0.7f; // 增加物体的摩擦力

    // 应用修改
    AZ::Physics::RigidBodyRequestsBus::Event(rigidBodyHandle, &AZ::Physics::RigidBodyRequests::SetRigidBodyConfiguration, rigidBodyConfig);
}

碰撞体与触发器

碰撞体是物理系统中用于检测物体间碰撞的几何形状。触发器是一种特殊的碰撞体，用于检测物体进入或离开其范围，但不会产生物理碰撞效果。

示例：添加碰撞体和触发器

假设我们有一个复杂的模型，需要为其中的特定部分添加碰撞体和触发器。

// 示例代码：在C++中为物理资产添加碰撞体和触发器
void AddColliderAndTrigger(AZ::Physics::SceneHandle sceneHandle)
{
    // 创建碰撞体配置
    AZ::Physics::BoxShapeConfiguration boxColliderConfig;
    boxColliderConfig.m_halfExtents = AZ::Vector3(0.5f, 0.5f, 0.5f);
    boxColliderConfig.m_position = AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
    boxColliderConfig.m_rotation = AZ::Quaternion::CreateIdentity();
    boxColliderConfig.m_isTrigger = false; // 设置为非触发器

    // 创建触发器配置
    AZ::Physics::BoxShapeConfiguration boxTriggerConfig = boxColliderConfig;
    boxTriggerConfig.m_isTrigger = true; // 设置为触发器

    // 添加碰撞体和触发器到场景
    AZ::Physics::ShapeHandle colliderHandle;
    AZ::Physics::ShapeRequestsBus::EventResult(colliderHandle, sceneHandle, &AZ::Physics::ShapeRequests::CreateShape, boxColliderConfig);
    AZ::Physics::ShapeHandle triggerHandle;
    AZ::Physics::ShapeRequestsBus::EventResult(triggerHandle, sceneHandle, &AZ::Physics::ShapeRequests::CreateShape, boxTriggerConfig);
}

通过以上步骤和示例代码，你可以有效地在Lumberyard中创建、编辑物理资产，并添加碰撞体和触发器，以实现更真实、更互动的游戏物理效果。

刚体与动态物体

刚体的概念与应用

在Lumberyard物理系统中，刚体（Rigid Body）是模拟物体在物理环境中行为的基础元素。刚体假设物体在受力时形状和大小不变，只考虑其位置和旋转的变化。这种模型简化了物理计算，使其更高效，适用于大多数游戏和模拟场景。

刚体属性

• 质量（Mass）：刚体的质量影响其受力后的加速度。
• 惯性张量（Inertia Tensor）：描述刚体旋转惯性的属性，影响物体旋转的难易程度。
• 摩擦力（Friction）：物体与表面接触时的摩擦力大小，影响滑动行为。
• 反弹力（Restitution）：物体碰撞后的反弹程度，值越大，反弹越强烈。

刚体应用

刚体广泛应用于游戏中的各种物体，如角色、车辆、环境物体等。通过调整刚体属性，可以实现更真实的物理效果，如物体的自然下落、碰撞反弹、滑动等。

动态物体的创建与控制

动态物体（Dynamic Body）是具有物理特性的物体，它们可以被环境中的力所影响，如重力、碰撞等。在Lumberyard中，创建和控制动态物体是实现物理交互的关键。

创建动态物体

在Lumberyard中，可以通过以下步骤创建动态物体：

1. 选择物体：在编辑器中选择需要物理特性的物体。
2. 添加物理组件：为物体添加物理组件，如PhysX Collider和PhysX Rigid Body。
3. 设置属性：调整物理组件的属性，如质量、摩擦力、反弹力等。

// C++示例：创建动态物体
#include 
#include 

AzFramework::RigidBodyConfiguration rigidBodyConfig;
rigidBodyConfig.m_mass = 10.0f; // 设置质量
rigidBodyConfig.m_friction = 0.5f; // 设置摩擦力
rigidBodyConfig.m_restitution = 0.2f; // 设置反弹力

AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::CreateRigidBody, rigidBodyConfig);

控制动态物体

控制动态物体通常涉及施加力、扭矩或直接改变其位置和旋转。

// C++示例：施加力
#include 

AzPhysics::SimulatedBodyHandle bodyHandle;
AzPhysics::SimulatedBodyRequestBus::EventResult(bodyHandle, entityID, &AzPhysics::SimulatedBodyRequests::GetSimulatedBodyHandle);

AzPhysics::ForceMode forceMode = AzPhysics::ForceMode::Force;
AzPhysics::Vector3 force(100.0f, 0.0f, 0.0f); // 水平方向的力

AzPhysics::SimulatedBodyRequestBus::Event(bodyHandle, &AzPhysics::SimulatedBodyRequests::AddForceAtPosition, force, position, forceMode);

刚体与动态物体的物理交互

刚体和动态物体之间的物理交互是Lumberyard物理系统的核心。这些交互包括碰撞检测、力的传递等，使游戏世界更加生动和真实。

碰撞检测

Lumberyard使用精确的碰撞检测算法，确保物体之间的接触点和接触力的计算准确无误。当两个物体接触时，系统会自动计算接触力，并根据物体的物理属性（如质量、摩擦力）来决定物体的反应。

力的传递

在物理环境中，力可以传递给其他物体，如当一个物体碰撞到另一个物体时，碰撞力会被传递给被碰撞的物体，导致其移动或旋转。

// C++示例：响应碰撞事件
#include 

void OnCollision(Physics::CollisionEvent& event)
{
    Physics::SimulatedBodyHandle otherBodyHandle = event.GetOtherBodyHandle();
    Physics::Vector3 impulse = event.GetImpulse();
    
    // 根据碰撞冲量施加反作用力
    AzPhysics::SimulatedBodyRequestBus::Event(otherBodyHandle, &AzPhysics::SimulatedBodyRequests::AddImpulse, impulse);
}

通过以上内容，我们了解了Lumberyard物理系统中刚体与动态物体的概念、创建方法、控制方式以及它们之间的物理交互原理。这些知识是构建具有物理真实感的游戏环境的基础。

物理约束与关节

物理约束的类型

在Lumberyard中，物理约束（Physical Constraints）是用于控制物体之间相互作用的规则。这些约束可以模拟现实世界中的物理现象，如铰链、滑动、固定连接等。以下是Lumberyard中常见的物理约束类型：

• 固定约束（Fixed Constraint）: 这种约束将两个物体完全固定在一起，不允许任何相对运动。例如，将一个物体永久地连接到另一个物体上，就像用强力胶水粘合一样。

• 铰链约束（Hinge Constraint）: 允许物体围绕一个轴旋转，但不允许沿其他方向移动。这可以模拟门或窗户的铰链。

• 滑动约束（Slider Constraint）: 允许物体沿一个轴线性移动，但限制其旋转。这可以模拟抽屉的滑动。

• 球窝约束（Ball Socket Constraint）: 允许物体在所有方向上自由旋转，但限制其线性移动。这可以模拟关节的运动。

• 距离约束（Distance Constraint）: 保持两个物体之间的固定距离，但允许它们自由旋转。这可以模拟绳索或链条。

• 点到面约束（Point-to-Plane Constraint）: 将一个物体的点固定到另一个物体的平面上，允许物体在平面上滑动。这可以模拟一个物体在斜面上的滑动。

关节的创建与调整

在Lumberyard中，关节（Joints）是物理约束的一种具体实现，用于连接两个刚体。创建和调整关节通常涉及以下步骤：

1. 选择物体: 在场景中选择你想要连接的两个物体。

2. 添加关节组件: 在物体的组件列表中，添加一个关节组件。例如，如果你想创建一个铰链关节，选择“Hinge Joint”。

3. 设置关节属性: 在关节组件的属性面板中，你可以设置关节的各种属性，包括连接点、轴向、限制等。例如，你可以设置铰链关节的旋转轴和旋转角度限制。

4. 调整关节参数: 根据需要调整关节的参数，如弹簧强度、阻尼等，以模拟不同的物理效果。

5. 测试关节: 在场景中测试关节的效果，确保它按预期工作。

示例：创建一个铰链关节

// 在Lumberyard中使用C++脚本创建铰链关节
#include 
#include 
#include 
#include 

void CreateHingeJoint()
{
    // 创建刚体配置
    AzFramework::RigidBodyConfiguration rigidBodyConfig;
    rigidBodyConfig.m_position = AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f); // 刚体位置
    rigidBodyConfig.m_rotation = AZ::Quaternion::CreateIdentity(); // 刚体旋转

    // 创建铰链关节配置
    AzFramework::JointConfiguration jointConfig;
    jointConfig.m_jointType = AzPhysics::JointType::Hinge; // 设置关节类型为铰链
    jointConfig.m_position = AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f); // 关节位置
    jointConfig.m_rotation = AZ::Quaternion::CreateFromAxisAngle(AZ::Vector3::CreateAxisY(), AZ::DegToRad(90.0f)); // 关节旋转
    jointConfig.m_axis = AZ::Vector3::CreateAxisX(); // 设置旋转轴为X轴
    jointConfig.m_limitMin = -AZ::DegToRad(45.0f); // 设置最小旋转角度
    jointConfig.m_limitMax = AZ::DegToRad(45.0f); // 设置最大旋转角度

    // 创建刚体
    AZ::EntityId entityId1 = AZ::Entity::Create();
    AZ::EntityId entityId2 = AZ::Entity::Create();
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::AddRigidBody, entityId1, rigidBodyConfig);
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::AddRigidBody, entityId2, rigidBodyConfig);

    // 创建并添加铰链关节
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::AddJoint, entityId1, entityId2, jointConfig);
}

约束与关节的物理效果

物理约束和关节在模拟物理效果时起着关键作用。它们可以：

• 限制物体的运动: 通过设置关节的限制，可以控制物体的旋转或移动范围，模拟如门的开合、抽屉的滑动等。

• 传递力: 当一个物体受到力时，通过关节可以将力传递给另一个物体，实现力的传导。

• 模拟弹性: 通过调整关节的弹簧和阻尼参数，可以模拟物体之间的弹性连接，如弹簧门。

• 保持物体相对位置: 距离约束和固定约束可以保持物体之间的相对位置不变，即使在受到外力作用时。

• 实现复杂物理交互: 结合多种类型的约束和关节，可以实现更复杂的物理交互，如机械臂的运动、车辆的悬挂系统等。

在设计游戏或模拟时，合理使用物理约束和关节可以极大地增强场景的真实感和互动性。例如，在一个赛车游戏中，使用滑动约束和球窝约束可以模拟车辆轮胎与地面的接触，而铰链约束可以用于模拟车门的开合。在调整这些约束时，需要考虑物体的重量、速度、以及预期的物理效果，以达到最佳的模拟效果。

物理材质与表面属性

物理材质的定义

物理材质在Lumberyard中是定义物体表面物理特性的关键元素。它不仅决定了物体的外观，还影响了物体在游戏世界中的交互方式。物理材质可以控制物体的摩擦力、反弹力、密度等属性，这些属性对于模拟真实的物理效果至关重要。

例如，一个物理材质可以设置为“金属”，这意味着它将具有高密度、低摩擦和高反弹的特性。相反，一个“布料”材质将具有低密度、高摩擦和低反弹的特性。这些不同的属性设置将直接影响物体在游戏中的行为，如滑动、碰撞和反弹。

示例代码：创建物理材质

// 创建一个物理材质
AZ::Data::AssetId materialAssetId;
LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::BroadcastResult(
    materialAssetId, &LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Events::CreatePhysicalMaterialAsset, "MyMetalMaterial");

// 设置物理材质属性
LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Event(
    materialAssetId, &LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Events::SetPhysicalMaterialProperty, 
    LmbrCentral::PhysicalMaterialProperty::Friction, 0.1f);
LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Event(
    materialAssetId, &LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Events::SetPhysicalMaterialProperty, 
    LmbrCentral::PhysicalMaterialProperty::Restitution, 0.9f);
LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Event(
    materialAssetId, &LmbrCentral::PhysicalMaterialRequestBus::Events::SetPhysicalMaterialProperty, 
    LmbrCentral::PhysicalMaterialProperty::Density, 7.8f);

表面属性的编辑

在Lumberyard中，表面属性是物理材质的进一步细化，它允许开发者为不同的表面类型定义特定的物理行为。例如，冰面可能具有非常低的摩擦力，而草地可能具有较高的摩擦力。通过编辑表面属性，可以实现更加真实和多样化的物理效果。

表面属性的编辑通常在Lumberyard的编辑器中进行，通过物理材质编辑器，可以为每种材质定义一系列的属性，如摩擦系数、弹性系数、滑动摩擦等。这些属性可以基于材质的类型进行预设，也可以在运行时动态调整，以适应游戏的不同场景需求。

示例代码：编辑表面属性

// 获取物理材质资产
AZ::Data::Asset<LmbrCentral::PhysicalMaterialAsset> materialAsset = AZ::Data::AssetManager::Instance().GetAsset<LmbrCentral::PhysicalMaterialAsset>(
    AZ::Data::AssetId(0, 0x1234567890ABCDEF), AZ::Data::s_invalidAsset);

// 编辑表面属性
LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceRequestBus::Event(
    materialAsset.GetId(), &LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceRequestBus::Events::SetSurfaceProperty, 
    "Ice", LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceProperty::Friction, 0.05f);
LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceRequestBus::Event(
    materialAsset.GetId(), &LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceRequestBus::Events::SetSurfaceProperty, 
    "Grass", LmbrCentral::PhysicalMaterialSurfaceProperty::Friction, 0.5f);

材质与物理效果的关系

物理材质和表面属性的设置直接影响了物体在游戏中的物理效果。例如，一个具有高摩擦力的物体在接触地面时将更难移动，而一个具有高弹性系数的物体在碰撞时将产生更大的反弹效果。这些效果的实现依赖于物理引擎对材质属性的计算和应用。

在Lumberyard中，物理效果的模拟是通过物理引擎（如Havok或PhysX）来完成的。物理引擎会根据物体的材质属性，如摩擦力、弹性系数和密度，来计算物体在碰撞、滑动和滚动时的行为。因此，正确设置物理材质和表面属性是实现真实物理效果的基础。

示例场景：不同材质的球体碰撞

假设我们有两个球体，一个设置为“金属”材质，另一个设置为“橡胶”材质。在游戏场景中，这两个球体从相同高度落下，但由于它们的物理材质不同，它们的落地行为将大相径庭。

• 金属球体：由于其高密度和高弹性系数，金属球体在落地时将产生较大的反弹，并且由于摩擦力较低，它在地面上滑动的距离将更远。
• 橡胶球体：橡胶球体由于其低密度和高摩擦力，落地时反弹效果较小，但在地面上滚动的距离将更长，因为摩擦力有助于其滚动而不是滑动。

通过调整物理材质和表面属性，可以实现各种复杂的物理效果，从而增强游戏的真实感和玩家的沉浸体验。

物理事件与脚本控制

物理事件的监听

在Lumberyard中，物理事件的监听是游戏开发中一个关键的组成部分，它允许脚本在物理对象发生特定事件时执行相应的代码。例如，当一个物体碰撞到另一个物体时，或者当一个物体开始或停止移动时，这些事件都可以被监听并触发脚本中的函数。

监听碰撞事件

在Lumberyard中，可以使用OnCollisionBegin和OnCollisionEnd函数来监听物体的碰撞开始和结束事件。下面是一个简单的示例，展示了如何在Lumberyard的脚本中监听碰撞事件：

// 监听碰撞开始事件
void OnCollisionBegin(Physics::CollisionEvent& collisionEvent)
{
    // 获取碰撞的实体
    EntityId otherEntityId = collisionEvent.GetOtherEntityId();
    // 执行碰撞开始的逻辑
    // ...
}

// 监听碰撞结束事件
void OnCollisionEnd(Physics::CollisionEvent& collisionEvent)
{
    // 获取碰撞结束的实体
    EntityId otherEntityId = collisionEvent.GetOtherEntityId();
    // 执行碰撞结束的逻辑
    // ...
}

监听移动事件

除了碰撞事件，Lumberyard还支持监听物体的移动事件，如OnMoveBegin和OnMoveEnd。这些函数可以在物体开始或停止移动时被调用，从而实现更复杂的物理交互逻辑。

// 监听物体开始移动事件
void OnMoveBegin(Physics::MoveEvent& moveEvent)
{
    // 执行物体开始移动的逻辑
    // ...
}

// 监听物体停止移动事件
void OnMoveEnd(Physics::MoveEvent& moveEvent)
{
    // 执行物体停止移动的逻辑
    // ...
}

脚本控制物理对象

Lumberyard的物理系统不仅允许监听物理事件，还提供了丰富的API来直接控制物理对象。这包括改变物体的位置、旋转、速度，以及应用力和扭矩等。

改变物体位置和旋转

在脚本中，可以使用SetWorldTranslation和SetWorldRotation函数来改变物理对象的世界位置和旋转。

// 获取物理组件
Physics::RigidBodyComponentRequestBus::EventResult(rigidBody, GetEntityId(), &Physics::RigidBodyComponentRequests::GetRigidBody);

// 改变物体位置
rigidBody->SetWorldTranslation(AZ::Vector3(10.0f, 0.0f, 0.0f));

// 改变物体旋转
rigidBody->SetWorldRotation(AZ::Quaternion::CreateFromEulerDegrees(AZ::Vector3(0.0f, 90.0f, 0.0f)));

应用力和扭矩

除了位置和旋转，还可以通过应用力和扭矩来控制物理对象的运动。这在模拟爆炸、风力等自然现象时非常有用。

// 应用力
rigidBody->AddForceAtPosition(AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 100.0f), AZ::Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f));

// 应用扭矩
rigidBody->AddTorque(AZ::Vector3(0.0f, 100.0f, 0.0f));

事件与控制的实例演示

为了更好地理解物理事件与脚本控制的结合使用，下面是一个示例场景：当一个物体碰撞到地面时，它会反弹并旋转。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

class PhysicsControlExample : public AZ::Component
{
public:
    AZ_COMPONENT(PhysicsControlExample, "{A1B2C3D4-E5F6-G7H8-I9J0K1L2M3N4O5P}");

    void Activate() override;
    void Deactivate() override;

    void OnCollisionBegin(Physics::CollisionEvent& collisionEvent);
    void OnCollisionEnd(Physics::CollisionEvent& collisionEvent);

    void AddTorqueOnCollision();

private:
    AzFramework::RigidBodyComponent* m_rigidBody = nullptr;
};

void PhysicsControlExample::Activate()
{
    // 注册碰撞事件监听器
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequests::RegisterCollisionEventListener, this);
    // 获取物理组件
    AzFramework::RigidBodyComponentRequestBus::EventResult(m_rigidBody, GetEntityId(), &AzFramework::RigidBodyComponentRequests::GetRigidBody);
}

void PhysicsControlExample::Deactivate()
{
    // 取消注册碰撞事件监听器
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Broadcast(&AzFramework::PhysicsSystemRequests::UnregisterCollisionEventListener, this);
}

void PhysicsControlExample::OnCollisionBegin(Physics::CollisionEvent& collisionEvent)
{
    // 当碰撞开始时，添加扭矩使物体旋转
    AddTorqueOnCollision();
}

void PhysicsControlExample::OnCollisionEnd(Physics::CollisionEvent& collisionEvent)
{
    // 当碰撞结束时，可以执行相应的逻辑
    // ...
}

void PhysicsControlExample::AddTorqueOnCollision()
{
    // 应用扭矩
    m_rigidBody->AddTorque(AZ::Vector3(0.0f, 100.0f, 0.0f));
}

在这个示例中，我们创建了一个名为PhysicsControlExample的组件，它在激活时注册为碰撞事件的监听器，并在碰撞开始时调用AddTorqueOnCollision函数，使物体开始旋转。通过这种方式，我们可以实现物理对象与游戏逻辑的紧密集成，创建出更加真实和互动的游戏环境。

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以上内容详细介绍了Lumberyard中物理事件的监听和脚本控制物理对象的方法，以及如何将两者结合使用来创建复杂的物理交互。通过监听碰撞和移动事件，并直接控制物理对象的运动，开发者可以实现高度定制的游戏物理效果。

高级物理效果实现

爆炸与破坏效果

在Lumberyard中，实现爆炸与破坏效果涉及到物理引擎的深度应用，尤其是对刚体和碰撞检测的高级控制。以下是如何在Lumberyard中创建一个简单的爆炸效果，导致场景中的物体破碎并飞散。

实现步骤

1. 创建刚体对象：首先，确保你的物体被设置为刚体，这样它们才能受到物理引擎的影响。
2. 添加爆炸力：使用Lumberyard的物理组件，可以向物体施加爆炸力。这通常通过在物体上添加一个力，该力以物体为中心向外辐射来实现。
3. 设置破坏条件：定义物体在什么条件下可以被破坏，例如，当受到的力超过一定阈值时。
4. 动画与视觉效果：结合动画和粒子系统，为破坏效果添加视觉反馈，如碎片飞散、烟雾和火花。

代码示例

// 在Lumberyard中添加爆炸力的示例代码
#include 
#include 

void ApplyExplosionForce(AzPhysics::SimulatedBodyHandle bodyHandle, const AZ::Vector3& position, float forceMagnitude)
{
    // 获取物理系统
    AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::BroadcastResult(&AzPhysics::SystemInterface::Get(), &AzPhysics::SystemInterface::GetSystem);

    // 施加爆炸力
    AzPhysics::ForceMode forceMode = AzPhysics::ForceMode::Force;
    AzPhysics::ForceApplicationPoint forcePoint = AzPhysics::ForceApplicationPoint::AtPosition;
    AzPhysics::SystemInterface::Get()->ApplyExplosionForce(bodyHandle, position, forceMagnitude, forceMode, forcePoint);
}

数据样例

假设我们有一个木箱物体，其物理属性如下：

• 质量：10kg
• 爆炸力：1000N
• 爆炸位置：(0, 0, 0)
• 破坏阈值：500N

在游戏运行时，当爆炸力作用于木箱时，如果力超过破坏阈值，木箱将破碎并飞散。

布料与柔体物理

Lumberyard的物理系统也支持布料和柔体的模拟，这对于创建逼真的衣物、旗帜、绳索等非常有用。

实现步骤

1. 创建布料或柔体对象：在Lumberyard中，使用物理编辑器创建布料或柔体对象，定义其物理属性，如密度、弹性等。
2. 设置碰撞：确保布料或柔体与场景中的其他物体有正确的碰撞设置，以实现自然的交互。
3. 动画与控制：可以使用动画控制器或脚本来控制布料或柔体的行为，如风力影响、重力调整等。

代码示例

// 在Lumberyard中创建布料对象的示例代码
#include 
#include 

void CreateClothEntity(const AZ::Vector3& position)
{
    // 创建实体
    AZ::Entity* entity = new AZ::Entity("ClothEntity");
    entity->CreateComponent<AzPhysics::RigidBodyComponent>();
    entity->CreateComponent<AzPhysics::ClothComponent>();

    // 设置布料属性
    AzPhysics::ClothComponentRequestBus::EventResult(&AzPhysics::ClothComponentRequestBus::Events::SetDensity, entity->GetId(), 0.5f);
    AzPhysics::ClothComponentRequestBus::EventResult(&AzPhysics::ClothComponentRequestBus::Events::SetStiffness, entity->GetId(), 0.8f);

    // 设置初始位置
    entity->SetWorldTM(AZ::Transform::CreateTranslation(position));

    // 激活实体
    entity->Init();
    entity->Activate();
}

数据样例

创建一个布料对象，其物理属性如下：

• 密度：0.5g/cm³
• 弹性：0.8
• 初始位置：(10, 0, 0)

在游戏场景中，这个布料对象将根据其物理属性自然下垂，并与场景中的其他物体发生碰撞和交互。

高级物理效果的调试

调试物理效果是确保游戏物理行为符合预期的关键步骤。Lumberyard提供了多种工具和方法来帮助调试物理效果。

调试工具

• 物理可视化：在编辑器中启用物理可视化，可以看到物体的碰撞形状、力的作用方向等。
• 日志记录：使用物理引擎的日志记录功能，可以追踪物理事件，如碰撞、力的应用等。
• 性能监控：监控物理引擎的性能，确保物理模拟不会对游戏性能造成过大负担。

调试步骤

1. 启用物理可视化：在Lumberyard编辑器中，选择“显示”>“物理”来启用物理可视化。
2. 检查碰撞：观察物体在场景中的碰撞行为，确保没有不合理的穿透或卡顿。
3. 调整物理参数：根据调试结果，调整物体的物理属性，如质量、摩擦力等，以优化效果。
4. 性能优化：如果物理模拟导致性能下降，考虑减少复杂物体的数量或优化物理设置。

通过这些调试步骤，可以确保Lumberyard中的高级物理效果既逼真又高效。

物理系统优化与调试

性能优化技巧

在Lumberyard中优化物理系统性能，主要涉及减少不必要的物理计算、优化碰撞检测、以及合理使用物理资源。以下是一些具体的优化技巧：

减少物理计算

• 使用静态碰撞体：对于不会移动的物体，使用静态碰撞体可以避免每次更新时的物理计算。
• 物理层：合理设置物体的物理层，可以减少不必要的碰撞检测。

优化碰撞检测

• 碰撞体简化：对于复杂的模型，可以使用简化后的碰撞体，如球体、胶囊体或凸包，以减少碰撞检测的计算量。
• 触发器：使用触发器代替碰撞体，触发器不参与物理计算，仅用于检测其他物体的进入和离开，适合用于门、区域检测等场景。

合理使用物理资源

• 物理材质：合理设置物理材质，可以减少物理计算时的复杂度，如设置低摩擦力的材质可以减少物体间的相互作用计算。
• 物理网格：对于复杂的模型，使用物理网格可以更精确地进行碰撞检测，但同时也会增加计算量，需谨慎使用。

调试工具使用

Lumberyard提供了丰富的调试工具，帮助开发者定位物理系统中的问题。以下是一些常用的调试工具：

物理可视化

在编辑器中，可以开启物理可视化，显示物体的碰撞体、触发器、关节等物理元素，便于检查物理设置是否正确。

// 在代码中开启物理可视化
#include 

AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Event(
    GetPhysicsSystemEntityId(), 
    &AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::SetPhysicsDebugDraw, 
    true);

物理日志

物理日志记录了物理系统运行时的详细信息，包括碰撞、物理计算错误等，通过分析物理日志，可以定位物理系统中的问题。

// 在代码中开启物理日志
#include 

AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Event(
    GetPhysicsSystemEntityId(), 
    &AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::SetPhysicsDebugLog, 
    true);

常见问题与解决方案

物体穿透

物体穿透通常是由于物理步长设置不当或物体移动速度过快导致的。解决方案是减小物理步长，增加物体的细分，或者使用连续碰撞检测。

// 设置物理步长
#include 

AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Event(
    GetPhysicsSystemEntityId(), 
    &AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::SetPhysicsTimeStep, 
    0.016f);

物理计算卡顿

物理计算卡顿通常是由于物理计算负载过高导致的。解决方案是优化碰撞体，减少物理网格的复杂度，或者增加物理线程的数量。

// 增加物理线程数量
#include 

AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Event(
    GetPhysicsSystemEntityId(), 
    &AzFramework::PhysicsSystemRequestBus::Events::SetPhysicsThreadCount, 
    4);

物理行为异常

物理行为异常可能是由于物理材质设置不当、关节约束设置错误或物理属性设置不合理导致的。解决方案是检查物理材质、关节约束和物理属性的设置，确保它们符合预期的物理行为。

// 设置物理材质
#include 
#include 

AzPhysics::MaterialHandle materialHandle = AzPhysics::GetPhysics()->GetMaterialManager()->CreateMaterial("MyMaterial", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
AzPhysics::SceneHandle sceneHandle = AzPhysics::GetPhysics()->GetScene("MyScene");
AzPhysics::SceneRequestBus::Event(
    sceneHandle, 
    &AzPhysics::SceneRequests::SetMaterial, 
    "MyEntity", 
    materialHandle);

通过以上技巧和工具的使用，可以有效地优化和调试Lumberyard中的物理系统，提高游戏的性能和物理效果的真实感。