HappyCoding:] ChildhoodAndy

思维世界的发展,在某种意义上说,就是对惊奇的不断摆脱。——爱因斯坦

走进COCOS2DX的物理世界

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走进COCOS2DX的物理世界


Box2D作者

Chipmunk2D作者

关于物理引擎,概括性的介绍,朋友们可以看下物理引擎-百度百科物理引擎分类-维基百科。Box2D和Chipmunk2D这两个物理引擎精确的说是刚体物理仿真库,这里的物理就是刚体动力学。而我们在谈到这物理引擎的时候,经常会听到刚体(Rigid body)。那什么是刚体?刚体就是在任何力的作用下,体积和形状都不发生改变的物体。动力学又是什么?动力学是计算刚体在受力作用下随时间移动并相互作用的一个过程。Box2D和Chipmunk2D两个引擎的建构理论基础当然基于此。

作为物理引擎来讲,两个物理引擎在一些基本概念上都是一致的,有的只是说法不同而已。如Box2D中将物理世界称之为world,而Chipmunk则称之为space,其实描述的都是碰撞/物理世界,即physics world。一些概念如shape-形状,body-刚体,contact-接触,joint-关节等都一样。

在Cocos2dX中,包括了这两个物理引擎库。开发者可以自由的选择使用哪个物理引擎。但我想不少开发者都在纠结使用哪一个。1000个读者就有1000个哈姆雷特,每个人看法不同,最后的决定也不同。那两大引擎究竟大的区别在哪?这里有几个链接相信大家看了后会有自己的判断。

1. 哪个更容易学习?

这个取决于你。50%的开发者认为Box2D比Chipmunk2D要容易,而50%的却认为Chipmunk更容易。我想这是在国外的情况。在国内,Box2D的资料相对Chipmunk更多点,如果对两个引擎都是新接触的话,很明显国内开发者的博客、文档资料、论坛甚至包括一些box2d的游戏源码会让你学起box2d更为容易一些。我以前做as开发的时候用了一下box2d,但只是皮毛,那时候学起来就觉得丰富的文档资料、前人的博客经验分享对学习有着莫大的帮助。最近在学习Chipmunk的时候,谷歌+百度,发现国内这方面资料确实不多。发起Chipmunk中文官方文档的翻译也是我逼不得已的一个举动,一方面想填补国内该引擎中文官方文档的空白,一方面也是方便自己学习。最近文档刚翻译完,这里非常感谢泰然组以及folk进行斧正错误的一些朋友们。文档可见Chipmunk2D中文手册-github。顺便提一下,Chipmunk中文交流社区欢迎朋友们加入进来,无论是对项目的folk还是关注,提Issue,这都是你学习Chipmunk最好的方式。这里将会发展成国内最好的一个Chipmunk2D资料分享以及学习平台。以后千万不要告诉妈妈说,Chipmunk文档资料太少了,不好学。

2. 性能比较呢?

这里有数据说话

在很多测试中Chipmunk的性能要明显优于Box2D。对于对性能不做太大要求的游戏,我们完全可以忽略这点差异。

3. 还有其他差异吗?

有。Box2D支持“bullet”,也就是我们说的高速移动物体(形象地称为“子弹”)。高速移动的物体在一瞬间可能会错误的穿越过一些物体(被称为“隧道效应”),box2d通过连续碰撞检测来防止这种情况发生。而Chipmunk没有支持这个特性。

另外最显著也是我们常常谈论的,这俩引擎的关节有些不一样。是的。他们有的作用原理是一样的,只是命名不同,如box2d中的旋转关节(RevoluteJoint)就好比Chipmunk中的枢轴关节(PivotJoint)。而有些如box2d中的摩擦力关节(FrictionJoint),滑轮关节(PulleyJoint)等Chipmunk中并没有,而Chipmunk中的一些阻尼弹簧(DampedSpring),简单马达(SimpleMotor)等Box2d中并没有。但不用担心,通过关节的一些合理组合,两个物理引擎基本上都可以模拟出彼此的任何关节。

还有很多其他差异,读者可以看上面讨论的4个链接。这里就不详细介绍了。

4. Box2D是用C++写的,更面向对象,Chipmunk是c写的,面向对象使用起来不方便

这个就不用再纠结了。下面我们来看看Cocos2dX关于物理引擎部分都为我们做了什么。

Cocos2dX对Chipmunk进行了一些封装,封装工作做了下面几个工作。

1.针对Chipmunk设计良好的c接口进行了一些封装,在cocos2dx v3.0beta2版本中封装的物理库目录如下

  • 物理世界 CCPhysicsWorld.h
  • 物理世界信息 CCPhysicsWorldInfo_chipmunk.h
  • 刚体 CCPhysicsBody.h
  • 刚体信息 CCPhysicsBodyInfo_chipmunk.h
  • 形状 CCPhysicsShape.h
  • 形状信息 CCPhysicsShapeInfo_chipmunk.h
  • 约束关节 CCPhysicsJoint.h
  • 约束关节信息 CCPhysicsJointInfo_chipmunk.h
  • 接触 CCPhysicsContact.h
  • 接触信息 CCPhysicsContactInfo_chipmunk.h

  • 帮助类 CCPhysicsHelper_chipmunk.h, 包括了一些常用的静态转换函数, 主要指的是cocos2dx中的运算类型和Chipmunk的运算类型的一些互转,如cpv2point,cpv2size,cpfloat2float,rect2cpbb等以及反向转换函数。

2.在extensions/physics-nodes文件夹下,还存在着两个类。分别是CCPhysicsSprite.hCCPhysicsDebugNode.h

CCPhysicsSprite.h物理精灵类:通过设置预处理宏CC_ENABLE_CHIPMUNK_INTEGRATION(开启Chipmunk迭代)或者CC_ENABLE_BOX2D_INTEGRATION(开启Box2D迭代)来启用相应的引擎。

如果尝试启用两个,则会抛出"Either Chipmunk or Box2d should be enabled, but not both at the same time"错误提示。开发者启用哪个引擎,则应该调用该引擎对应的此类成员函数,如果尝试调用另外一个未启用引擎对应的成员函数,则会抛出断言,“兄弟,别乱调!”

CCPhysicsDebugNode.h调试节点类:这个类继承于DrawNode,用来调试用。将space空间传入,这个类会遍历出空间中所有的形状(包括圆形、线段、多边形等)、约束关节(销关节、滑动关节、枢轴关节等等)进行绘制,并配合不同的颜色来标识。详细信息可查看该类。

3.不要以为只有前两条就完了,前面的封装是封装好了,但引擎的数据模拟和图形渲染是独立开的,那最后一步当然是对两者进行绑定。也就意味着将刚体和我们的node节点进行绑定,熟悉box2d的都知道,bodyDef.userData = someDrawNode, 刚体定义的用户数据指针会指向我们的可视精灵,当模拟中发生刚体旋转、缩放、位移时,要同步的对可视精灵进行旋转、缩放、位移。这样我们就会看到一个仿真的物理世界。

那Cocos2dX如何做的?

首先在ccConfig.h中有个宏开关,

/** Use physics integration API */
#ifndef CC_USE_PHYSICS
#define CC_USE_PHYSICS 1
#endif

如果我们需要用到物理引擎,设置为1,不需要的话,设置为0。

其次在CCNode,CCSprite以及CCScene中都是以CC_USE_PHYSICS启用为前提做了下面一些工作。

  • CCNode类:

成员属性

#if CC_USE_PHYSICS
    PhysicsBody* _physicsBody;        ///< the physicsBody the node have
#endif

成员方法

#if CC_USE_PHYSICS
    /**
     *   set the PhysicsBody that let the sprite effect with physics
     */
    void setPhysicsBody(PhysicsBody* body);

    /**
     *   get the PhysicsBody the sprite have
     */
    PhysicsBody* getPhysicsBody() const;

    /**
     *   update rotation and position from physics body
     */
    virtual bool updatePhysicsTransform();

#endif

设置自身的PhysicsBody成员属性,同时还包括位置、角度等同步的一些操作

  • CCSprite类:和CCNode类似,多了一个dirty设置,跟图形绘制相关。
  • CCScene类:
#if CC_USE_PHYSICS
public:
    virtual void addChild(Node* child, int zOrder, int tag) override;
    virtual void update(float delta) override;
    inline PhysicsWorld* getPhysicsWorld() { return _physicsWorld; }
    static Scene *createWithPhysics();
protected:
    bool initWithPhysics();
    void addChildToPhysicsWorld(Node* child);

    PhysicsWorld* _physicsWorld;
#endif 

平常我们通过Scene::create()来创建一个普通的场景,而创建一个物理世界的场景只需Scene::createWithPhysics()就可以了,非常容易不是么?这里虚函数addChild的重写,会递归将该node以及子node的刚体都加入到空间(物理世界)中。

总的来说,Cocos2dX 3.0版本对物理引擎做的工作使得我们开发物理效果类游戏更方便,追根溯源,对Chipmunk的封装起到了关键作用。后面我会慢慢更新一些对Chipmunk的基本概念的理解、如何使用的一些文章以及demo演示。

题外话:当QuickCocos2DX同步到3.0时,物理引擎部分也会相应导出绑定到lua,加之廖大团队对之进一步的封装完善,你会发现到时用起lua写物理游戏,岂是一个爽字了的。有朋友指出在quick-cocos2d-x中没有box2d,确实cocos2dx官方团队一直没对Box2D做luabinding,不过论坛有个朋友做了这样的工作,自己没测试过,链接地址:http://www.cocos2d-x.org/forums/11/topics/3181?r=40339

欢迎大家一起交流。Happy coding!


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