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(转载)BOX2D V2.3.0 用户手册中文版(第6章)-物体

Chapter 6 物体

6.1 关于

物体具有位置和速度。你可以将力(forces)、扭矩(torques)、冲量(impulses)应用到物体上。 物体可以是静态的(static)、运动但不受力的(kinematic)或动态的(dynamic)。这是物体的类型定义:

b2_staticBody

static物体在模拟时不会运动,就好像它具有无穷大的质量。在Box2D内部,会将static物体的质量和质量的倒数存储为零。static物体可以让用户手动移动。它的速度为零,另外也不会和其它static或kinematic物体相互碰撞。

b2_kinematicBody

kinematic物体在模拟时以一定的速度运动,但不受力的作用。它们可以让用户手动移动,但通常的做法是设置一定的速度来移动它。kinematic物体的行为表现就好像它具有无穷大的质量,Box2D将它的质量和质量的倒数存储为零。

b2_dynamicBody

dynamic物体被完全模拟。它们可以让用户手动移动,但通常它们都是受力的作用而运动。dynamic物体可以和其它所有类型的物体相互碰撞。dynamic物体的质量总是有限大的,非零的。如果你试图将它的质量设置为零,它会自动地将质量修改成一千克,并且它不会转动。
物体是fixtures的骨架,带着fixture在世界中运动。Box2D中的物体总是刚体(rigid body)。也就是说,同一物体上的两个fixture,永远不会相对移动,也不会碰撞。
fixture有可碰撞的几何形状和密度(density)。物体通常从它的fixture中获得质量属性。当物体构建之后,你也可以改写它的质量属性。
通常你会保存所有你所创建物体的指针,这样你就能查询物体的位置,用于更新图形实体的位置。另外在不需要它们的时候,你也可以使用指针去摧毁它们。

6.2 物体定义

在创建物体之前你需要先创建物体定义(b2BodyDef)。物体定义含有创建并初始化物体所需的数据。
Box2D会从物体定义中复制数据,并不会保存它的指针。这意味着你可以重复使用同一个物体定义去创建多个物体。
让我们看一些物体定义的关键成员。

物体类型

本章开始已经说过,有三种物体类型: static、kinematic和dynamic。 你应该在创建时就确定好物体类型,因为以后再修改的话,代价会很高。

bodyDef.type = b2_dynamicBody;

物体类型是一定要设置的。

位置和角度

物体定义为你提供了一个在创建时初始化位置的机会。这比在world原点下创建物体后再移动到某个位置更高效。

注意
不要在原点创建物体后再移动它。如果你在原点上同时创建了几个物体,性能会很差。

物体上主要有两个让人感兴趣的点。第一个是物体的原点。fixture和关节都是相对于原点而依附到物体上面的。第二个是物体的质心。质心由形状的质量分布决定,或显式地由b2MassData设置。Box2D内部许多计算都要使用物体的质心, 例如b2Body会存储质心的线速度。
当你构造物体定义的时候,可能你并不知道质心在哪里。你可以指定物体的原点,也可以以弧度指定物体的角度,角度并不受质心位置的影响。如果随后你改变了物体的质量属性,那么质心也会随之移动,但是原点不会改变,物体上的形状和关节也不会移动。

bodyDef.position.Set(0.0f, 2.0f);   // the body's origin position.
bodyDef.angle = 0.25f * b2_pi;      // the body's angle in radians.

刚体也是个参考框架。你可以在这个框架内定义fixture和joint。fixture和joint的锚点不会在框架内移动。

阻尼

阻尼用于减小物体在世界中的速度。阻尼跟摩擦有所不同,摩擦仅在物体有接触的时候才会发生。阻尼并不能取代摩擦,往往这两个效果需要同时使用。
阻尼参数的范围可以在0到无穷大之间,0表示没有阻尼,无穷大表示满阻尼。通常来说,阻尼的值应 该在0到0.1之间。通常我不使用线性阻尼, 因为它会使物体看起来有点漂浮。

bodyDef.linearDamping = 0.0f;
bodyDef.angularDamping = 0.01f;

阻尼类似稳定性与性能, 在值较小的时候阻尼效应几乎不依赖于时间步,值较大的时候阻尼效应将随着时间步而变化。如果你使用固定的时间步(推荐)这就不是问题了。

重力因子

你可以使用重力因子来调整单个物体上的重力。这需要足够的细心,增加的重力会降低稳定性。

// Set the gravity scale to zero so this body will float
bodyDef.gravityScale = 0.0f;

休眠参数

休眠是什么意思?模拟物体的成本是高昂的,所以物体越少,那模拟的效果就越好。当物体停止了运动时,我们会希望停止模拟它。
当Box2D确定一个物体(或一组物体)已停止移动时,物体就会进入休眠状态。休眠物体只消耗很小的 CPU开销。如果一个醒着的物体接触到了一个休眠中的物体,那么休眠中的物体就会醒过来。当物体上的关节或触点被摧毁的时候,它们同样会醒过来。你也可以手动地唤醒物体。
通过物体定义,你可以指定一个物体是否可以休眠,或者创建一个休眠的物体。

bodyDef.allowSleep = true;
bodyDef.awake = true;

固定旋转

你可能想让一个刚体,比如某个角色,具有固定的旋转角。这样物体即使在负载下,也不会旋转。 你可以设置fixedRotation来达到这个目的:

bodyDef.fixedRotation = true;

固定旋转标记使得转动惯量和它的倒数被设置成零。

子弹

游戏模拟通常以一定帧率(frame rate)产生一系列的图片。这就是所谓的离散模拟。在离散模拟中,在一个时间步内刚体可能移动较大距离。如果一个物理引擎没有处理好大幅度的运动,你就可能会看见一些物体错误地穿过了彼此。这被称为隧穿效应(tunneling)。
默认情况下,Box2D会通过连续碰撞检测(CCD)来防止动态物体穿越静态物体。这是通过扫描形状从旧位置到新位置的过程来完成的。引擎会查找扫描中的新碰撞,并为这些碰撞计算碰撞时间 (TOI)。物体会先被移动到它们的第一个TOI,然后求解器执行一个子步(sub-step)计算以完成整个时间步的计算。在子步中,可能还有更多的TOI事件发生。
一般情况下,dynamic物体之间不会应用CCD,这是为了保持合理的性能。在一些游戏场景中,你需要在动态物体上也使用CCD。比如,你可能想用一颗高速的子弹去射击一块动态的砖头。没有CCD,子弹就可能会隧穿砖头。
在Box2D中,高速移动的物体可以标记成子弹(bullet)。子弹跟static或者dynamic物体之间都会执行CCD。你需要按照游戏的设计来决定哪些物体是子弹。如果你决定一个物体应该按照子弹去处理,可使用下面的设置。

bodyDef.bullet = true;

子弹标记只影响dynamic物体。

活动状态

你可能希望创建一个物体并不参与碰撞和动态模拟。这状态跟休眠有点类似,但并不会被其它物体唤醒,它上面的fixture也不会 被放到broad-phase中。也就是说,物体不会参于碰撞检测,光线投射(ray casts)等等。
你可以创建一个非活动的物体,之后再激活它。

bodyDef.active = true;

关节也可以连接到非活动的物体。但这些关节并不会被模拟。你要小心,当激活物体时,它的关节不会被扭曲(distorted)。
注意,激活一个物体和重新创建一个物体的开销差不多。因此你不应该在流世界(streaming worlds)中使用激活,而应该用创建和销毁来节省内存。

(译注:streaming worlds是指该世界中的大多数物体是动态创建的,而不是一开始就有的。)

用户数据

用户数据是个void指针。它让你将物体和你的应用程序关联起来。你应该保持一致性,所有物体的用户数据都指向相同的对象类型。

b2BodyDef bodyDef;
bodyDef.userData = &myActor;

6.3 物体工厂(Body Factory)

world类提供物体工厂来创建和摧毁物体。这让world可以通过一个高效的分配器来创建物体,并且把物体添加到world的数据结构中。

b2Body* dynamicBody = myWorld->CreateBody(&bodyDef);
... do stuff ...
myWorld->DestroyBody(dynamicBody);
dynamicBody = NULL;

注意
永远不要使用new或malloc来创建物体,否则世界不会知道这个物体的存在,并且物体也不会被适当地初始化。

Box2D并不保存物体定义的引用,也不保存其任何数据(除了用户数据指针)。所以你可以创建临时的物体定义,并重复利用它。
Box2D允许你通过删除b2World对象来摧毁物体,它会为你做所有的清理工作。然而,你必须小心地将保存在游戏引擎中的body指针清零。
当你摧毁物体时,依附其上的fixture和joint都会自动被摧毁。了解这点,对你如何管理shape 和joint指针有重要意义。

6.4 使用物体

在创建完一个物体之后,你可以对它进行许多操作。其中包括设置质量属性,访问其位置和速度,施加力,以及转换点和向量。

质量数据

每个物体都有质量(标量)、质心(二维向量)和转动惯性(标量)。对于static物体,它的质量和转动惯性都被设为零。当物体设置成固定旋转(fixed rotation),它的转动惯性也是零。
通常情况下,当fixture添加到物体上时,物体的质量属性会自动地确定。你也可以在运行时(run-time)调整物体的质量。当你有特殊的游戏方案需要改变质量时,可以这样做。

void SetMassData(const b2MassData* data);

直接设置物体的质量后,你可能希望再次使用fixture所展示的质量。你可以这样做:

void ResetMassData();

要得到物体的质量数据,可以通过下面的函数:

float32 GetMass() const;
float32 GetInertia() const;
const b2Vec2& GetLocalCenter() const;
void GetMassData(b2MassData* data) const;

状态信息

物体的有多个方面状态。你可以通过下面的函数高效地访问状态数据:

void SetType(b2BodyType type);
b2BodyType GetType();

void SetBullet(bool flag);
bool IsBullet() const;

void SetSleepingAllowed(bool flag);
bool IsSleepingAllowed() const;

void SetAwake(bool flag);
bool IsAwake() const;

void SetActive(bool flag);
bool IsActive() const;

void SetFixedRotation(bool flag);
bool IsFixedRotation() const;

位置和速度

你可以访问一个物体的位置和旋转角,这在你渲染相关游戏角色时很常用。通常情况下,你都是使用Box2D来模拟运动,但你也可以设置位置,尽管并不怎么常用。

bool SetTransform(const b2Vec2& position, float32 angle);
const b2Transform& GetTransform() const;
const b2Vec2& GetPosition() const;
float32 GetAngle() const;

你可以访问本地坐标系及世界坐标下的质心。许多Box2D的内部模拟都使用质心。然而,通常你并不需要访问质心。取而代之,你一般应该关心物体变换。比如,你有个正方形的物体。物体的原点可能在正方形的一个角点,而质心却位于正方形的中心点。

const b2Vec2& GetWorldCenter() const;
const b2Vec2& GetLocalCenter() const;

你可以访问线速度和角速度。线速度是对于质心所言的。所以质量属性改变了,线速度有可能也会改变。

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