【Cocos2d-x】物理引擎使用入门

相关概念

什么是物理引擎？

科学模型：科学研究中对事物的合理简化。

物理引擎是一个计算机程序模拟牛顿力学模型，使用质量、速度、摩擦力和空气阻力等变量。
可以用来预测这种不同情况下的效果。它主要用在科学模拟和电子游戏中。

一般，物理引擎只负责物理计算，而不进行画面渲染。

关于box2d

Box2D是一款免费的开源二维物理引擎，由Erin Catto使用C++编写。它已被用于蜡笔物理学、愤怒的小鸟、地狱边境等游戏的开发。

Cocos2d-x本身已经集成box2d。

以上解释来自维基百科。

Box2D中文手册下载地址：http://pan.baidu.com/s/1o63MI
Box2D源码下载：https://code.google.com/p/box2d/downloads/list

Box2D首页：http://box2d.org/

刚体（body）

在box2d中物体即刚体。

刚体就是坚硬的物体，碰撞不会产生形变。

物体的类型有以下3种：
静态物体：碰撞不会移动。质量为0。如：边界、墙。
动态物体：碰撞会移动。
平台物体：一直保持某一种运动的物体，如电梯会一直保持上下移动。

形状（shape）

依附于刚体的2D碰撞几何结构，形状具有摩擦(friction)和恢复(restitution)的材料性质。

在Box2D中主要有以下两种形状：
1.圆形
2.多边形
一个刚体的形状，可以是由多个形状组合而成。比如：人，头是圆形，手、脚、身体都是矩形。

约束（constraint）

一个约束(constraint)就是消除物体自由度的物理连接。在 2D 中，一个物体有 3 个自由度。如果我们把一个物体钉在墙上(像摆锤那样)，那我们就把它约束到了墙上，而且此物体就只能绕着这个钉子旋转，所以这个约束消除了它 2 个自由度。

接触约束(contact constraint)
一个防止刚体穿透，以及用于模拟摩擦(friction)和恢复(restitution)的特殊约束。你永远都不必创建一个接触约束，它们会自动被 Box2D 创建。

关节(joint)

它是一种用于把两个或多个物体固定到一起的约束。Box2D 支持的关节类型有：旋转，棱柱，距离等等。关节可以支持限制(limits)和马达(motors)。

关节限制(joint limit)
一个关节限制(joint limit)限定了一个关节的运动范围。例如人类的胳膊肘只能做某一范围角度的运
动。

关节马达(joint motor)
一个关节马达能依照关节的自由度来驱动所连接的物体。例如，你可以使用一个马达来驱动一个肘的
旋转。

夹具（fixture）

刚体物理信息（如：类型、密度系数、摩擦系数）的封装。

一个刚体可以具有多个夹具。

每一个夹具都对应一个形状。

摩擦

摩擦可以使对象逼真地沿其它对象滑动。Box2D 支持静摩擦和动摩擦，但使用相同的参数。摩擦在Box2D 中会被正确地模拟，并且摩擦力的强度与正交力(称之为库仑摩擦)成正比。摩擦参数经常会设置在 0 到 1 之间，0 意味着没有摩擦，1 会产生强摩擦。

恢复

恢复可以使对象弹起，想象一下，在桌面上方丢下一个小球。恢复的值通常设置在 0 到 1 之间，0 的意思是小球不会弹起，这称为非弹性碰撞；1 的意思是小球的速度会得到精确的反射，这称为完全弹性碰撞。

密度

Box2D 可以根据附加形状的质量分配来计算物体的质量以及转动惯量。直接指定物体质量常常会导致不协调的模拟。因此，推荐的方法是使用 b2Body::SetMassFromShape 来根据形状设置质量。

世界（world）

世界就是一个封闭的多边形。一般世界的大小和屏幕的大小一样。处于世界中的物体才会进行计算，这是为了提高效率。

世界也是物体，是形状和约束相互作用的集合。

以上概述来自Box2D中文手册。

在Cocos2d-x中使用Box2D

说明

开发环境说明：

引擎版本：Cocos2d-x2.2.1

开发工具：VS2012

系统：win7

工程配置

1.启用Box2D：工程上右键——C/C++——预处理器——预处理器定义——编辑——添加宏（CC_ENABLE_BOX2D_INTEGRATION）

注意：Cocos2d-x中集成了Box2D和Chipmunk，但是这两个物理引擎不能同时使用。启用chipmunk的宏定义（CC_ENABLE_CHIPMUNK_INTEGRATION）

2.修改libExternsions项目的预处理指令CC_ENABLE_CHIPMUNK_INTEGRATION为CC_ENABLE_BOX2D_INTEGRATION

3.链接box2d库（libBox2d.lib）

Cocos2d-x2.2.6的一个bug

运行TestCpp中的Box2dTest时，当添加若干个方块后会报如下错误。

缩放因子

Box2D中使用米、千克、秒作单位。但是一般作画面渲染时都是以像素为单位的。
比如，我们在屏幕渲染一个宽为32像素的精灵，但是在物理空间中如何表示它的宽呢？
这时，就需要定义一个缩放因子用于将像素值转换为物理空间的值。
把像素/米比率设置为32是一个比较合适的值，所以定义缩放因子的值为32.

// 定义缩放因子
#define PTM_RATIO 32

创建物理世界

在CCLayer初始化的时候，初始化物理世界。

刚体与CCSprite绑定

Cocos2d-x中已经封装了一个用于物理引擎的CCSprite，就是CCPhysicsSprite，这个类就定义在扩展库中。#include "cocos-ext.h"就可以使用了。通过setB2Body方法与刚体进行关联。

调试绘图

b2Draw定义了用于绘制相关物理信息的接口，只需要实现这些接口。并调用世界(world)的SetDebugDraw方法关联DebugDraw。

DebugDraw在Cocos2d-x中已经有相关实现，就在cocos2d-x-2.2.1\samples\Cpp\TestCpp\Classes\Box2DTestBed目录下的GLES-Render.cpp和GLES-Render.h。

1.把GLES-Render.cpp和GLES-Render.h拷贝到工程Classes目录下。

2.包含头文件。

#ifdef _DEBUG
#include "GLES-Render.h"
#endif

3.在创建世界的时候，创建DebugDraw，设置Debug标记并关联到世界。并重写CCLayer的draw方法，绘制调试信息。

4.在析构函数中释放debugDraw占用的内存。

Box2DTest::~Box2DTest(){
	CC_SAFE_DELETE(pWorld);
	CC_SAFE_DELETE(m_debugDraw);
}

1.当物体受力的时候（碰撞、挤压或下落），碰撞盒子的颜色会变成粉红色，默认为青色。

2.最外边的是刚体的形状。

注意：建议先把缩放因子的值设置为64，然后再调试，这样便于观察，因为缩放因子为32时，碰撞盒子的大小和精灵的大小一样。

示例工程地址：https://coding.net/u/linchaolong/p/Cocos2d-x_HelloBox2D/git   【点击下载源码】