Sprite Kit学习笔记（五）模拟物理世界

终于有时间写博客了，隔了好长一段时间没研究SpriteKit了，今天装了个Xcode5的DP2版本，惊奇地发现，在新建project的时候居然看到了SpriteKit Game的选项，选了它之后直接创建一个SpriteKit项目，苹果想得还真是周到，省去之前很多琐碎的步骤，如果你是对SpriteKit很熟悉的开发者的话那大可直接使用Sprite Game来创建项目，如果是初学者的话，建议还是建一个空项目，跟着官方的文档，一步一步去做，自然会让你更好地了解SpriteKit。其实，直接用SpriteKit Game创建项目，它只是帮你自动生成了一小部分代码，自己打一遍也不是很难，起码知道它是怎样启动和运作的。由于现在iOS7还是beta版本，Xcode5也是DP版本的，API文档没什么变化，不过估计接下来关于SpriteKit还会有更多好玩的东西出来，拭目以待咯。

隔了这么久，不打一下代码还真有点生疏了，今天重新看了一遍SpriteKit的Simulate Physics，也就是物理系统，突然间发现了好多新的东西，之前看都是粗略地带过，今天仔细一看，还真有很多东西，SpriteKit确实很强大，在2d方面，算是做到尽可能好的了。废话不多说，下面就从头来学习SpriteKit的物理系统

完成游戏的物理系统设置，你需要一下完成以下几点：

1、把SKPhysicsBody关联到拥有物理属性的游戏对象上，每一个游戏对象node节点都有physicsbody属性

2、设置physicsbody的各个属性，让游戏对象在游戏里面呈现更好的游戏效果

3、设置整个游戏世界的物理系统，比如重力，注意，scene也有物理属性

4、可以在physicsbody上施加力

5、定义物体之间的碰撞处理

6、优化整个物理系统

其实个人觉得比较有趣的事碰撞那一块，有新的东西在里面，至少我在其他游戏引擎里面没见过，也可能是我见识得比较少吧，不过个人觉得，SpriteKit的碰撞检测做得真心赞

physics body（后面简称pb）有三种，一种是运动的，一种是静止的，还有一种叫做edge的，运动的pb可以接受外界所有的关于物理的影响，静止的pb没有速度，不受力和碰撞的影响，区分这两种pb是有好处的，普通的游戏对象一般都是运动的pb，而墙壁啊，地面，游戏场景的边界等就可以静止的pb

edge的话，其实就是边啦，可以这样理解，自由无规则的pb，一般边界可以用它来限定，它频繁地被用来当作游戏场景的边界，还有一个用处是，游戏对象都是有形状的，SpriteKit提供了几种形状给我们，但其实在现实真正的游戏当中，往往我们的游戏对象都是不规则图形，这个时候，如果你想要为你的游戏对象加上一个具有相似形状的pb的话，就可以考虑使用edge了，不过这不是经常采取的方法，使用edge来定形要很大量的计算，消耗资源，这会让你的游戏变得不顺畅，所以不是很提倡这种做法。

下面贴段用edge作为scene边界的代码

- (void) createSceneContents
{
    self.backgroundColor = [SKColor blackColor];
    self.scaleMode = SKSceneScaleModeAspectFit;
    self.physicsBody = [SKPhysicsBody bodyWithEdgeLoopFromRect:self.frame];
}

代码不难理解，最主要的函数就是bodyWithEdgeLoopFromRect:，就不多说了吧

根据指定的形状创建pb也不是很难，具体的代码就不贴出来了，建议还是去看看SKPhysicsBody的api，看完会更有利于学习整个物理系统

这里说几个pb的属性吧，mass属性，即质量，这个学过物理或者没学过的都知道的拉，有mass当然就有density密度啦，这两个属性是会随着对方的变化而变化的，唯一不变的是物体的形状，整个真得学过物理才知道，mass等于density乘于area体积

friction属性，摩擦力，就是物体表面的粗糙程度，在其上面运动的物体会受到其friction的影响，力的话还有linearDamping阻力和angularDamping角力，就是旋转的力，这个跟你的游戏世界里的环境有空，一般是空气阻力啦，或者是在水中的阻力啦，由你的环境决定

restitution属性，可以理解为势能吧，在碰撞的时候它决定碰撞的威力，即作用效果的强弱

dynamic属性，一般动态pb的默认值为yes，将其设置为no之后，就是静态pb了

affectedByGravity属性，yes即接受重力影响，no则不受重力影响

allowsRotation属性，它决定物体是否能选择，设置为no即冻结旋转

大概这些个属性吧，需要注意的是，mass和density，在我们的pb创建后，area就已经被设置为固定的，不可改变的，所以mass和density之间的变化会相互影响，根据你的需要你可以选择设置mass来确定density，也可以设置density来确定mass，根据实际情况而定，两者会有不同的效果，这涉及物理方面的知识

另外很多属性都是会变化的，结合实际中的物理性质可知，SpriteKit在每一帧都会重新计算每个属性值，你可以在更新的时候通过一些函数来修改一些属性，另外，当切换到不同的场景不同的环境中时，根据你的需要，在pross-post scene的时候修改一些属性，以到期望的效果

前面说过，scene也有物理性质，它还有个physicsWorld的属性，即整个的游戏世界里的物理系统，这里说一下速度，正常速度为1，举个例子吧，当为0.5时，pb的执行速度会减慢一半，为2时即加快一倍

接下来，你可能需要为你的pb施加一些力，好让其运动起来，有两个力force和impulse，force是一个持续的力，每一帧都要设置，好让力延续下去，impulse是一个即时的力，即发力又一个立即的效果，但不会持续下去，鉴于两者区别不大，官方的文档也只着重说了下force

哦，加力其实就是加个向量，我们只需要提供一个点，让物体朝那个点运动，加力可根据作用点分为三种，一种是让物体直线运动的力，一种只让物体转动的力，还有就是作用在物体的一点上，这个时候，SpriteKit会根据物体的形状去决定加在这个点上的力将会产生怎样的效果

终于说到碰撞了，之前的文章提到过，cocos2d做碰撞检测用的是两个物体的rect是否交叉，其他有关碰撞检测的一些东西实现起来比较麻烦，而unity则提供了强大的物理系统，里面的碰撞做得真的是没话说，就是2d游戏也依然能使用它的物理系统，SpriteKit的碰撞有点向unity，其实整个的物理系统都有点像，个人觉得，physics body即rigibody，当然，unity毕竟是3d引擎，关于物理系统的东西丰富很多。

其实，在node节点关联上physics body之后，SpriteKit在两个物体碰撞时就做了些计算的，这个是我觉得很强大的地方之一，也就是说，你可以真的把它们当作是两个真实世界中物体的碰撞，在碰撞之后，物体会怎样都在精确的计算之中。不过单单靠这些，是不能做一些碰撞检测的，如果你想两个物体在碰撞时按你的想法去反应的话，你就需要设置一些属性了

还是pb的属性，这三个属性很重要：

categoryBitMask，它标记了物体属于那一类物体，默认值为0xffffffff

collisionBitMask，它标记了哪些物体可以跟其发生碰撞，默认值为0xffffffff

contactTestBitMask，它标记了哪些物体会和其发生碰撞后产生一些影响，默认值为0x00000000

这三个数值均由32位的十六进制数来表示，即你的游戏可以有32中不同类型的物体，其实用不到那么多，为什么用这样的值来表示，这也是我觉得新颖的地方，在做碰撞检测时，这些值是拿来做逻辑与运算，计算碰撞用的，感觉很不粗吧

判断其他物体是否可以跟自己发生碰撞，要根据自己的collisionBitMask的值与对方物体的categoryBitMask的值进行逻辑与运算，得到的结果不为0，即可以发生碰撞

判断碰撞的两个物体是否发生影响时，假设为A和B，首先是A的categoryBitMask与B的contactTestBitMask进行逻辑与运算，B也做同样的运算，当两者的结果都不为0时，两者即可在碰撞的时候互相影响

这要仔细想一想，好好消化一下才行，这是约定好的东西，直接用就行了，不过如果想深入研究的话，再去看官方的api吧

设定好了这些值以后呢，我们需要一些协议来为我们完成我们想要做的事情，这时又得用到scene啦

SpriteKit提供给我们一个叫做SKPhysicsContactDelegate，这也是它唯一给的一个协议，在初始化scene的时候设置scene.physicsWorld.contactDelegate = self;在.h头文件加上该协议，它提供了好两个检测碰撞的函数，-didBeginContact：和-didEndContact：参数都是一个SKPhysicsContact，里面包含了两个碰撞体的信息，和碰撞的信息，建议大家去看看SKPhysicsContact的api，开发起来才更加得心应手，我们就可以在这两个函数里做我们在碰撞时要做的事情了

好一个碰撞检测啊。

usePreciseCollisionDetection 提高碰撞精度的属性，前面说过，就不多说了。

说完碰撞，接着是将多个pb物体连接在一起的joint，可以理解为骨骼吧，如果你想你的游戏展现一些更复杂的物理特效的话，你可能会需要它，这里也不多说了

在游戏中，有时我们需要操控我们的游戏对象，整个时候就需要选中该对象，当对象有了pb之后，我们可以通过很多方法来找到它。最常用的方法，应该不陌生了，就是通过ray射线来寻找物体，首先我们需要确定一条射线，举个例子吧，在平面中，我们可以以（0， 0）为起点，手指点击屏幕的点为终点，一般在3d场景，是通过摄像机的位置点作为起点，然后点击的地方为终点来确定一条射线，然后通过函数bodyAlongRayStart：end：来获取射线穿过的物体，注意整个函数只能获取一个，如果你的射线穿过很多个物体，这时可以使用enumerateBodiesAlongRayStart:end:usingBlock:函数来获取射线上所有的物体，在你的block里面，你可以拿到每个物体的信息，根据这些信息你就可以判断那个是你想要的得到的。还有就是可以根据名字获取物体，整个在前面的文章有提到过。

另外还可以根据点来寻找物体，bodyAtPoint：函数会根据你提供的点，判断点是否属于物体，是的话就返回该物体。还有bodyAtRect：函数，在场景中设置一个rect，当有物体进入rect时，bodyAtRect就会返回该物体

接下来是一些注意事项，虚拟整个物理系统是很消耗资源的，所以尽量让你的游戏的物理方面的计算减少，让你的游戏运行得更顺畅，记住你为你的pb设置的一切东西，根据这些设置带来的性质去实现你的游戏逻辑或者是游戏效果，只有知道它们到底是怎么一回事才能把它们的作用发挥出来，关于优化的，得花谢时间出来研究研究，每个游戏引擎都有一套或者几套优化方案，SpriteKit肯定也会有，知道你的机器是怎么运作的，然后再知道你的引擎是怎么在机器上运作的，这样会让对优化你的程序有更大的帮助

也差不多这些了吧，关于物理系统的东西，很强大，有些可能需要自己用过才知道，另外还有粒子系统，也找个时间好好研究研究，写一篇专门的关于粒子系统的笔记

最后奉上自己的代码，关于Simulate Physics的一个Demo，Demo只实现了部分物理特性，重力摩擦力的设置，碰撞处理，添加force等，点击屏幕就会生成一个燕尾侠Sprite，然后可以改变重力和摩擦力观察其在场景中的表现，触碰边界会做出反应，大概就这样子，想查看其他属性可以直接在Demo上修改，哦，我的Xcode版本是DP2的，估计没什么大的影响，就这样啦Demo下载地址