Libgdx专题系列：物理引擎篇 Box2D

声明：

本系列文章使用的Libgdx版本均为0.99版本

Libgdx游戏开发交流群 323876830

 

Box2D的是一个物理引擎库。他是一个用于2D的最流行的物理引擎库中的一个，被用到了许多语言，各种引擎中，

其中就包括咱们使用的这个Libgdx。

Libgdx中的Box2D实现了对于C++引擎的java包装，所以参考文档也可以直接使用C++版本的，official Box2D manual (PDF)

想获得更多的信息可以到Box2D的官网，box2d.org 获得信息。

这里我找到一个中文翻译的v2.0.1版本，这里要谢谢译者Aman JIANG(江超宇)。

文档下载地址

但是v2.0.1的版本比较老了，有一些概念都不一样了，例如2.1世界没有了包围盒，绑定形状到物体有了FixtureDef的概念，

这里有一个v2.1.0的翻译版本

http://blog.csdn.net/complex_ok/article/category/871440

特别推荐Box2D教程 http://www.iforce2d.net/b2dtut/introduction

对应中文译文 http://ohcoder.com/blog/categories/box2d-tutorials/

 

创建一个世界

物理世界，那么首先需要创造一个世界，他是物理物体，作用力的基础。但是他不会帮我们绘制物体， 需要我们使用Libgdx

绘制的相关api来进行绘制。 也就是说我们获取物体的坐标，旋转信息什么的，然后自己绘制。 但是他在debug模式下，可以

绘制自己的物理模拟信息，形状啦，什么的。

 

可以向下面一样创建一个世界

World world = new World(new Vector2(0, -10), true); 

第一个参数是一个2维向量，0说明水平方向的重力为0, 10说明垂直方向的重力为10. 因为他是一个y轴向上的坐标系，所以负号

代表向下。这个和opengl的世界坐标系是一致的。当然你也可以改成你想要的值， 不过要注意比例，在Box2D中 1单元=1米。

第二个参数的意思是我们创造的世界要不要让物体休眠，休眠可以减少cpu的使用， 具体休不休眠看你的情景了。

 

这里的比例最好和绘制的保持一致，也就是我们的opengl绘制。这样精灵，镜头的单位都统一。

 

Debug绘制

如果我们想开启debug绘制， 可以这样

mDebugRender = new Box2DDebugRenderer();

mDebugRender.render(mWorld, mCam.combined);

这里要注意一下， 当我们发布的时候要注释掉 ， 我测试了一个例子， 在开启状态只有十几帧，关闭掉能够达到

五六十帧的，还是很好性能的。

 

时间步

想要我们的物理模拟动起来， 需要我们告诉他。最好调用它的位置在reader的最后面。

最好给他的帧率是一样的，不要使用绘制的帧率，像这样

world.step(1/60f, 6, 2);

第一个参数是时间步，也就是我们想让世界模拟的时间。
在大部分情况下， 这个时间步都应该是固定的， Libgdx推荐在移动手机1/45f或者1/300f.

另外两个参数是velocityIterations，positionIterations 速度的约束求解量 和 位置的约束求解量.

约束求解器用于解决模拟中的所有
约束，一次一个。单个的约束会被完美的求解，然而当我们求解一个约束的时候，我们就会稍微耽误另
一个。要得到良好的解，我们需要迭代所有约束多次。建议的  Box2D 迭代次数是 10 次。你可以按自己
的喜好去调整这个数，但要记得它是速度与质量之间的平衡。更少的迭代会增加性能并降低精度，同样
地，更多的迭代会减少性能但提高模拟质量。

 

绘制

推荐的做法是在step之前绘制我们的图形， 否则将会出现不同步的问题。

如果想要debug绘制， 可以使用

debugRenderer.render(world, camera.combined);

第一个参数是世界，第二个是镜头矩阵

 

Body物体
现在如果我们运行我们的代码，将会什么也看不到，虽然我们的世界步执行着呢， 这是因为我们没有放入

任何物体进去。 所以， 接下来我们会放进去一些物体。

在Box2D中， 对象叫做物体， 物体包含许多固定物fixtures，他可以固定物体的位置，方向等， 固定物可以是

任何形状， 可以组合多个不同的固定物来组成物体。

固定物包含形状， 密度， 摩擦力，恢复力。形状就是集合图形了， 密度是每立方米的物体的质量， 就比如保龄球

和氢气球，密度大密度小。摩擦力就是物体接触移动产生的力，在冰上移动和在橡胶上， 摩擦力显而易见了。

恢复力就是有多大的弹性， 石头的弹性就比较小 ， 乒乓球的弹性就比较大。 当一个物体的弹性是0的时候， 当接触到

地面就会停止，当为1的时候， 他会反弹到他原来的高度。

物体有三种类型：Dynamic动态的，Static静态的，Kinematic介于他们之间的运动物体。

 

动态物体

动态物理可以四处移动， 他受力的作用和其他动态物体，静态物体， 运动物体的作用。

他适合那种需要移动然后受到力的作用的物体。

现在我们学习固定物的创建， 来构造物体

// First we create a body definition
BodyDef bodyDef = new BodyDef();
// We set our body to dynamic, for something like ground which doesn't move we would set it to StaticBody
bodyDef.type = BodyType.DynamicBody;
// Set our body's starting position in the world
bodyDef.position.set(100, 300);

// Create our body in the world using our body definition
Body body = world.createBody(bodyDef);

// Create a circle shape and set its radius to 6
CircleShape circle = new CircleShape();
circle.setRadius(6f);

// Create a fixture definition to apply our shape to
FixtureDef fixtureDef = new FixtureDef();
fixtureDef.shape = circle;
fixtureDef.density = 0.5f; 
fixtureDef.friction = 0.4f;
fixtureDef.restitution = 0.6f; // Make it bounce a little bit

// Create our fixture and attach it to the body
Fixture fixture = body.createFixture(fixtureDef);

// Remember to dispose of any shapes after you're done with them!
// BodyDef and FixtureDef don't need disposing, but shapes do.
circle.dispose();

现在我们创建了一个球的物体到我们的世界。运行的时候可以看到他将会下落， 但是感觉还是没多少意思，

没有力的作用， 下面我们来加入静态物体地板。

 

静态物体

静态物体是一个不能移动， 也不受力的作用的物体。动态物体接触它， 动态物体会有力的作用的。静态物体

让他来做为地板，墙壁等不能动的物体是非常合适的。 静态物体也消耗比较少的计算量。

让我们来创建一个静态物体， 跟我们前面的创建动态物体的代码比较像

// Create our body definition
BodyDef groundBodyDef =new BodyDef();  
// Set its world position
groundBodyDef.position.set(new Vector2(0, 10));  

// Create a body from the defintion and add it to the world
Body groundBody = world.createBody(groundBodyDef);  

// Create a polygon shape
PolygonShape groundBox = new PolygonShape();  
// Set the polygon shape as a box which is twice the size of our view port and 20 high
// (setAsBox takes half-width and half-height as arguments)
groundBox.setAsBox(camera.viewportWidth, 10.0f);
// Create a fixture from our polygon shape and add it to our ground body  
groundBody.createFixture(groundBox, 0.0f); 
// Clean up after ourselves
groundBox.dispose();

我们怎么样不适用FixtureDef创造一个夹具呢？如果我们只有形状和密度， createFixture有个重载方法，调用它就可以了。

现在我们看到， 球下落到我们的地面上， 然后反弹， 最终停止在地面上， 我们也可以更改其中的值来看看有什么其他效果。

 

运动物体

Kinematic物体是一个介于在静态和动态物体之间的物体。 像静态物体，他们不受力的作用， 像动态物体，他们可以移动。

应用的场景例如移动的平台等。

我们可以直接的调用Kinematic物体的位置，直接更改他的位置， 但是最好的方式是设置一个速度，让Box2D自己来更改

他的坐标。

我们可以使用上面创建动态和静态物体的方式一样来创建这个物体， 一旦我们创建好， 我们可以像下面一样来控制他

// Move upwards at a rate of 1 meter per second
kinematicBody.setLinearVelocity(0.0f, 1.0f);

好了， 运行程序， 我们发现， 我们的物体在朝着一个固定的方向移动， 当我们的小球遇到咱们这个方块的时候，由于力

的作用，朝右方向移动了，但是它与静态物体地板接触的时候， 并没有受到力的作用， 当然地板也没有力的作用。

 

冲量与力

冲量和力用来移动物体， 但是不会改变重力和碰撞检测。

力是一个逐渐改变物体速度的过程， 比如火箭的升起，是有一个力的驱动，逐渐改变火箭的速度， 慢慢升起的，越来

越快。

冲量就不同了，可以瞬间改变物体速度，比如吃豆人游戏，角色都是在一个恒定的速度移动，改变也是瞬间的。

首先我们需要一个动态的物体，就使用上面那个吧。

 

应用力

力是单位是牛顿。 如果力没有作用在质量的中心，那么将会产生一个扭矩， 产生一个带有夹角的速度。

// Apply a force of 1 meter per second on the X-axis at pos.x/pos.y of the body slowly moving it right
dynamicBody.applyForce(1.0f, 0.0f, pos.x, pos.y, true);

// If we always want to apply force at the center of the body, use the following
dynamicBody.applyForceToCenter(1.0f, 0.0f, true);

应用冲量
冲量就像一个特殊的力，只是冲量可以立即改变物体的速度。 同样的， 如果冲量没有作用在物体的中间， 也将会产生

一个扭矩， 产生一个带有夹角的速度。冲量的单位是 牛顿每秒 或者 kg-m/s.

// Immediately set the X-velocity to 1 meter per second causing the body to move right quickly
dynamicBody.applyLinearImpulse(1.0f, 0, pos.x, pos.y, true);

有一点要注意一下，应用力和冲量会唤醒物体， 有时候这不是我们想要的， 比如， 你想作用一个稳定的力，想让物体在睡眠中执行，

这种情况下， 我们可以这样

// Apply impulse but don't wake the body
dynamicBody.applyLinearImpulse(0.8f, 0, pos.x, pos.y, false);

Joints关节

占位

 

Fixture Shapes形状

占位

 

Sprites and Bodies 精灵与物体

最简单的方式管理精灵语物体的是使用Box2D的用户数据，我们可以使用用户数据改变游戏对象的位置坐标， 旋转等信息。

设置用户信息也比较简单，可以这样

body.setUserData(Object);

这个用户数据可以是任何java对象， 一个比较好的方式是建立一个游戏对象然后放入用户数据，这样以后可以使用。

Fixtures夹具也可以设置用户数据，和上面一样。

想更新我们的角色或精灵的信息， 可以遍历所有的世界物体，取出对应的用户数据，然后更新信息， 示例

Iterator<Body> bi = world.getBodies();
        	   
while (bi.hasNext()){
    Body b = bi.next();

    // Get the bodies user data - in this example, our user 
    // data is an instance of the Entity class
    Entity e = (Entity) b.getUserData();

    if (e != null) {
        // Update the entities/sprites position and angle
        e.setPosition(b.getPosition().x, b.getPosition().y);
        // We need to convert our angle from radians to degrees
        e.setRotation(MathUtils.radiansToDegrees * b.getAngle());
    }
}

绘制部分还是和以前一样的。 没有什么改动。

 

Sensors传感器
传感器是当物体间碰撞，而又不产生自动响应。 比如， 我们想知道两个物体重叠的事件。

这里需要设置'isSensor'为true。像这样

//At the definition of the Fixture
fixtureDef.isSensor = true;

想监听它，需要实现ContactListener接口，在对应方法中实现自己的逻辑。

 

传感器接口

传感器接口监听fixture夹具的碰撞，方法包含一个传感对象， 传感对象包含了两个物体的有关信息， 当物体重叠的时候

调用beginContact ，当物体分开的时候调用endContact

public class ListenerClass implements ContactListener {
			
      @Override
			public void endContact(Contact contact) {
				
			}
			
			@Override
			public void beginContact(Contact contact) {
				
			}
		};

有时候， 我们需要得到游戏对象的信息， 怎么办呢？其实这个在我们需要在设置用户数据的时候， 把我们的游戏对象信息设置

到body或者fixture中， 然后取出来， 做逻辑，比如，减血或其他。

 

好了， Box2D的简单的了解，就到这了。 想深入学习，可以到他的官网查看。

 

项目下载地址

 

截屏

 

转载请链接原文地址 http://blog.csdn.net/wu928320442/article/details/17285405