上篇其实有重力,但是重力是经过重心,可以把物体看出质点,问题就变得简单,经过重心只产生线速度,不产生角速度。
这篇文章的力量其实是指:力(Force)和冲量(Impulse),不一定过重心。
边写引擎过程中,边补习牛顿经典力学体系,但是依然记得大学时候物理老师反复强调:“牛顿错了,牛顿错了,牛顿那一套只是狭义相对论在低速下的近似表现”。
所以顺带又科普了一下爱因斯坦那一套东西,后来发现,写个物理引擎用牛顿足矣。= =!
本篇目标是为刚体新增两个方法,一个是创造力,一个是创造冲量。
创造力:
applyForce: function (force, point) {
}
创造冲量
applyImpulse: function (impulse, point) {
}
冲量和时间的关系
I = F * t
圆盘转动惯量
m * r * r / 2 (r为半径)
长方体转动惯量
m(a a + b * b)/ 12 (a和b分别为长和宽)
更多转动惯量,请参见: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_moments_of_inertia
I * L / 转动惯量 = 角加速度 (L为力矩长度)
转动惯量越大,对转动的抵抗就越大,就越难让其旋转。
假设一个刚体收到冲量I:
冲量I可以拆分成3个冲量分量,I1、I2、I3,其中:
过重心,作一条垂直于I2的垂线,垂线的长度(力矩长度)乘以 冲量分量I2 除以 转动惯量 = 角加速度,
过重心,作一条垂直于I3的垂线,垂线的长度(力矩长度)乘以 冲量分量I3 除以 转动惯量 = 角加速度,
I2和I3产生的角加速度需求累加。
applyImpulse: function (impulse, point) {
var rA = point.clone().sub(this.position);
//如果不通过重心
if (rA.x !== 0 || rA.y !== 0) {
var nv = rA.clone().normalize();
var tangent = new Newton.Vector2(nv.y, -nv.x);
var ni = nv.multiply(nv.x * impulse.x + nv.y * impulse.y);
this.linearVelocity.x += ni.x * this.invMass;
this.linearVelocity.y += ni.y * this.invMass;
var tni = tangent.multiply(tangent.x * impulse.x + tangent.y * impulse.y);
this.linearVelocity.x += tni.x * this.invMass;
this.linearVelocity.y += tni.y * this.invMass;
this.angularVelocity += (rA.x * tni.y - rA.y * tni.x) * this.invRotationalInertia;
} else { //如果过重心
this.linearVelocity.x += impulse.x * this.invMass;
this.linearVelocity.y += impulse.y * this.invMass;
}
}
上面有个条件分支,当冲量的方向经过重心的时候,只产生线速度。
因为转动惯量的倒数和质量的倒数使用非常频繁,所以在构造函数内就提前计算好,如圆的构造函数里提前求好了转动惯量的倒数:
Newton.Circle = Newton.Body.extend({
ctor: function (option) {
this._super(option);
this.r = option.r;
this.rSqu = this.r * this.r;
this.type = Newton.CIRCLE;
this.invRotationalInertia = 2 / (this.mass * Math.pow(this.r , 2));
}
});
同样,在矩形的构造函数里,也提前求出来转动惯量的倒数:
this.invRotationalInertia = 12 / (this.mass * (Math.pow(this.width, 2) + Math.pow(this.height, 2)));
但是需要注意的是,如果质量发生改变的话,转动惯量也需要发生相应改变,所以可以使用Object.defineProperty()去定义mass,在set里面改变invRotationalInertia。
有了上面的applyImpulse方法,封装applyForce就会简单许多:
applyForce: function (force, point) {
this.applyImpulse(force.clone().multiply(Newton.World.TimeStep),point);
}
冲量等于力在时间上的累加,这里提供的力的时间长度为最小时间片段。
通过Vector2的cross方法可以把applyImpulse简化成如下代码:
applyImpulse: function (impulse, point) {
var rA = point.clone().sub(this.position);
this.linearVelocity.add(impulse.clone().multiply(this.invMass));
this.angularVelocity += this.invRotationalInertia * rA.cross(impulse);
}
var world = new Newton.World();
Newton.World.Gravity.y=0;
var box = new Newton.Rectangle({
width: 70,
height:30,
position: new Newton.Vector2(100, 300),
linearVelocity: new Newton.Vector2(0, 0),
angularVelocity:0
});
world.add(box);
document.querySelector("#ourCanvas").addEventListener("click",function(evt){
box.applyImpulse(new Newton.Vector2(200,-250),new Newton.Vector2(box.position.x-10,box.position.y-10))
}, false);
var render = new Newton.Render("#ourCanvas");
world.onTick(function () {
render.clear();
render.rect(box.position.x, box.position.y, box.width, box.height, box.rotation);
})
world.start();
这里把重力加速度设成了0,角速度和线速度都是0,所有在100,300的位置能够看到一个静止的矩形。当点击Canvas的时候,
在刚体重心的左上方10个像素的位置施加右上(200,-250)的冲量,可以看到它如下图所示的方式飞出去:
因为多边形的转动惯量和重心计算要比圆形和矩形复杂一下,这里先不展开,待物理引擎骨架基本建立之后再做完善。
未完待续...