(译)在cocos2d里面如何使用物理引擎box2d:弹球

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 原文链接地址:http://www.raywenderlich.com/457/intro-to-box2d-with-cocos2d-tutorial-bouncing-balls

程序截图:

  这个教程的目的就是让你们熟悉在cocos2d里面如何使用box2d,所采用的例子就是制作一个简单的应用,里面有一个篮球,你可以通过旋转你的iPhone来改变重力的方向,同时篮球碰到屏幕边界可以反弹。

  这个教程假设你已经学过前面的教程《如何使用cocos2d来制作一个简单的iphone游戏》,或者有同等相关经验也可以。

  好了,让我们开始学习Box2d物理引擎吧!

创建一个空的工程

  打开Xcode,选择 cocos2d-0.99.1 Box2d Application template来创建一个新的工程,并且命名为Box2D.如果你直接编译并且运行的话,你将会看到一个很酷的例子,里面展示了Box2d的许多内容。然后,这个教程的目的,我们将从0开始,创建一个篮球反弹的应用,这样我们就可以更好地理解那个范例的具体原理。

  因此,让我们把HelloWorld模板里面的内容都删除掉,因为我们要从0开始。把HelloWorldScene.h里面的内容替换成下面的代码:

#import"cocos2d.h"

@interface HelloWorld : CCLayer {
}

+ (id) scene;

@end

同时修改HelloWorldScene.mm文件:(为什么后缀是.mm,因为box2d是c++写的,而objective-c++的实现文件必须是.mm后缀,否则你编译会出n个错误!)

#import"HelloWorldScene.h"

@implementation HelloWorld

+ (id)scene {

CCScene
*scene = [CCScene node];
HelloWorld
*layer = [HelloWorld node];
[scene addChild:layer];
return scene;

}

- (id)init {

if ((self=[super init])) {
}
return self;
}

@end

  最后一步----验证一下,你的Classes分组下面的所有文件(比如HelloWorldScene)是以.mm文件结尾的,如果是.m,那么请改成.mm,否则等下使用Box2d的时候,编译器会报出一大堆莫名其妙的错误!

  如果你编译并运行,你应该看到一个黑色的屏幕。好了,现在让我们开始创建Box2d场景吧。

Box2D世界相关理论

  在我们开始之前,让我们先交待一下Box2D具体是如何运作的。

  你需要做的第一件事情就是,当使用cocos2d来为box2d创建一个world对象的时候。这个world对象管理物理仿真中的所有对象。

  一旦我们已经创建了这个world对象,接下来需要往里面加入一些body对象。body对象可以随意移动,可以是怪物或者飞镖什么的,只要是参与碰撞的游戏对象都要为之创建一个相应的body对象。当然,也可以创建一些静态的body对象,用来表示游戏中的台阶或者墙壁等不可以移动的物体。

  为了创建一个body对象,你需要做很多事情--首先,创建一个body定义结构,然后是body对象,再指定一个shap,再是fixture定义,然后再创建一个fixture对象。下面会一个一个解释刚刚这些东西。

  • 你首先创建一个body定义结构体,用以指定body的初始属性,比如位置或者速度。
  • 一旦创建好body结构体后,你就可以调用world对象来创建一个body对象了。
  • 然后,你为body对象定义一个shape,用以指定你想要仿真的物体的几何形状。
  • 接着创建一个fixture定义,同时设置之前创建好的shape为fixture的一个属性,并且设置其它的属性,比如质量或者摩擦力。
  • 最后,你可以使用body对象来创建fixture对象,通过传入一个fixture的定义结构就可以了。
  • 请注意,你可以往单个body对象里面添加很多个fixture对象。这个功能在你创建特别复杂的对象的时候非常有用。比如自行车,你可能要创建2个轮子,车身等等,这些fixture可以用关节连接起来。

  只要你把所有需要创建的body对象都创建好之后,box2d接下来就会接管工作,并且高效地进行物理仿真---只要你周期性地调用world对象的step函数就可以了。

  但是,请注意,box2d仅仅是更新它内部模型对象的位置--如果你想让cocos2d里面的sprite的位置也更新,并且和物理仿真中的位置相同的话,那么你也需要周期性地更新精灵的位置。

  好了,现在有一些基本的了解了,还是先看看代码吧!

Box2d World 实战

  好了,下载我制作的篮球图片,并且把它添加到工程里去吧。下载完后,直接拖到Resources文件夹下,同时确保 “Copy items into destination group’s folder (if needed)” 被复选中。

  接下来,在HelloWorldScene.mm文件顶部添加下面的代码:

#define PTM_RATIO 32.0

 

  这里定义了一个“像素/米”的比率。当你在cocos2d里面指定一个body在哪个位置时,你使用的单位要是米。但是,我们之前使用的都是像素作为单位,那样的话,位置就会不正确。根据Box2d参考手册,Box2d在处理大小在0.1到10个单元的对象的时候做了一些优化。这里的0.1米大概就是一个杯子那么大,10的话,大概就是一个箱子的大小。

  因此,我们并不直接传递像素,因为一个很小的对象很有60×60个像素,那已经大大超过了box2d优化时所限定的大小。因此,如果我们有一个64像素的对象,我们可以把它除以PTM_RATIO,得到2米---这个长度,box2d刚好可以很好地用来做物理仿真。

  好了,现在来点有意思的东西。在HelloWorldScene.h文件顶部添加下列代码:

#import"Box2D.h"

 

  同时在HelloWorld类中添加以下成员变量:

b2World *_world;
b2Body
*_body;
CCSprite
*_ball;

  然后,在HelloWorldScene.mm的init方法中加入下面的代码:

CGSize winSize = [CCDirector sharedDirector].winSize;

// Create sprite and add it to the layer
_ball = [CCSprite spriteWithFile:@"Ball.jpg" rect:CGRectMake(0, 0, 52, 52)];
_ball.position
= ccp(100, 100);
[self addChild:_ball];

// Create a world
b2Vec2 gravity = b2Vec2(0.0f, -30.0f);
bool doSleep =true;
_world
=new b2World(gravity, doSleep);

// Create edges around the entire screen
b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(
0,0);
b2Body
*groundBody = _world->CreateBody(&groundBodyDef);
b2PolygonShape groundBox;
b2FixtureDef boxShapeDef;
boxShapeDef.shape
=&groundBox;
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0,0), b2Vec2(winSize.width/PTM_RATIO, 0));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0,0), b2Vec2(0, winSize.height/PTM_RATIO));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0, winSize.height/PTM_RATIO),
b2Vec2(winSize.width
/PTM_RATIO, winSize.height/PTM_RATIO));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(winSize.width
/PTM_RATIO,
winSize.height
/PTM_RATIO), b2Vec2(winSize.width/PTM_RATIO, 0));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);

// Create ball body and shape
b2BodyDef ballBodyDef;
ballBodyDef.type
= b2_dynamicBody;
ballBodyDef.position.Set(
100/PTM_RATIO, 100/PTM_RATIO);
ballBodyDef.userData
= _ball;
_body
= _world->CreateBody(&ballBodyDef);

b2CircleShape circle;
circle.m_radius
=26.0/PTM_RATIO;

b2FixtureDef ballShapeDef;
ballShapeDef.shape
=&circle;
ballShapeDef.density
=1.0f;
ballShapeDef.friction
=0.2f;
ballShapeDef.restitution
=0.8f;
_body
->CreateFixture(&ballShapeDef);

[self schedule:@selector(tick:)];

  呃,这里有很多陌生的代码。我们一点点来解释一下。下面,我会一段段地重复上面的代码,那样可以解释地更加清楚一些。

CGSize winSize = [CCDirector sharedDirector].winSize;

// Create sprite and add it to the layer
_ball = [CCSprite spriteWithFile:@"Ball.jpg" rect:CGRectMake(0, 0, 52, 52)];
_ball.position
= ccp(100, 100);
[self addChild:_ball];

  首先,我们往屏幕中间加入一个精灵。如果你看了前面的教程的话,这里应该没有什么问题。

// Create a world
b2Vec2 gravity = b2Vec2(0.0f, -30.0f);
bool doSleep =true;
_world
=new b2World(gravity, doSleep);

  接下来,我们创建了world对象。当我们创建这个对象的时候,需要指定一个初始的重力向量。这里,我们设置y轴方向为-30,因此,所有的body都会往屏幕下面下落。同时,我们还指定了一个值,用以指明对象不参与碰撞时,是否可以“休眠”。一个休眠的对象将不会花费处理时间,直到它与其实对象发生碰撞的时候才会“醒”过来。

b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(
0,0);
b2Body
*groundBody = _world->CreateBody(&groundBodyDef);
b2PolygonShape groundBox;
b2FixtureDef boxShapeDef;
boxShapeDef.shape
=&groundBox;
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0,0), b2Vec2(winSize.width/PTM_RATIO, 0));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0,0), b2Vec2(0, winSize.height/PTM_RATIO));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(
0, winSize.height/PTM_RATIO),
b2Vec2(winSize.width
/PTM_RATIO, winSize.height/PTM_RATIO));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);
groundBox.SetAsEdge(b2Vec2(winSize.width
/PTM_RATIO,
winSize.height
/PTM_RATIO), b2Vec2(winSize.width/PTM_RATIO, 0));
groundBody
->CreateFixture(&boxShapeDef);

  接下来,我们为整个屏幕创建了一圈不可见的边。具体的步骤如下:

  • 首先创建一个body定义结构体,并且指定它应该放在左下角。
  • 然后,使用world对象来创建body对象。(注意,这里一定要使用world对象来创建,不能直接new,因为world对象会做一些内存管理操作。)
  • 接着,为屏幕的每一个边界创建一个多边形shape。这些“shape”仅仅是一些线段。注意,我们把像素转换成了“meter”。通过除以之前定义的比率来实现的。
  • 再创建一个fixture定义,指定shape为polygon shape。
  • 再使用body对象来为每一个shape创建一个fixture对象。
  • 注意:一个body对象可以包含许许多多的fixture对象。
// Create ball body and shape
b2BodyDef ballBodyDef;
ballBodyDef.type
= b2_dynamicBody;
ballBodyDef.position.Set(
100/PTM_RATIO, 100/PTM_RATIO);
ballBodyDef.userData
= _ball;
_body
= _world->CreateBody(&ballBodyDef);

b2CircleShape circle;
circle.m_radius
=26.0/PTM_RATIO;

b2FixtureDef ballShapeDef;
ballShapeDef.shape
=&circle;
ballShapeDef.density
=1.0f;
ballShapeDef.friction
=0.2f;
ballShapeDef.restitution
=0.8f;
_body
->CreateFixture(&ballShapeDef);

  接下来,我们创建篮球的body。这个步骤和之前创建地面的body差不多,但是有下面一些差别需要注意一下:

  • 我们指定body的类型为dynamic body。默认值是static body,那意味着那个body不能被移动也不会参与仿真。很明显,我们想让篮球参与仿真。
  • 设置body的user data属性为篮球精灵。你可以设置任何东西,但是,你设置成精灵会很方便,特别是当两个body碰撞的时候,你可以通过这个参数把精灵对象取出来,然后做一些逻辑处理。
  • 这里使用了一个不同的shape类型--circle shape。
  • 在这里,我们需要为这个fixture指定一些参数,因此,我们没有使用便捷方法来创建fixture。后面我们会讲到这些参数的具体意义。
[self schedule:@selector(tick:)];

  最后一件事情就是调度一个tikck方法,这个方法默认是0.1秒回调一次。注意,这并不是最好的处理方式---最好的方式应该是让tick方法有固定的频率(比如每秒60次)。然后,这个教程我们就先这样了。

  因此,让我们来实现tick方法。在init方法之后加入下面的代码:

- (void)tick:(ccTime) dt {

_world
->Step(dt, 10, 10);
for(b2Body *b = _world->GetBodyList(); b; b=b->GetNext()) {
if (b->GetUserData() != NULL) {
CCSprite
*ballData = (CCSprite *)b->GetUserData();
ballData.position
= ccp(b->GetPosition().x * PTM_RATIO,
b
->GetPosition().y * PTM_RATIO);
ballData.rotation
=-1* CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle());
}
}

}

 

  第一件事情就是调用world对象的step方法,这样它就可以进行物理仿真了。这里的两个参数分别是“速度迭代次数”和“位置迭代次数”--你应该设置他们的范围在8-10之间。(译者:这里的数字越小,精度越小,但是效率更高。数字越大,仿真越精确,但同时耗时更多。8一般是个折中,如果学过数值分析,应该知道迭代步数的具体作用)。

  接下来,我们要使我们的精灵匹配物理仿真。因此,我们遍历world对象里面的所有body,然后看body的user data属性是否为空,如果不为空,就可以强制转换成精灵对象。接下来,就可以根据body的位置来更新精灵的位置了。

  最后一件事---清理内存!因此,在文件的末尾加入下面的代码:

- (void)dealloc {
delete _world;
_body
= NULL;
_world
= NULL;
[super dealloc];
}

  编译并运行,你应该可以看到球会往下掉,并且会从屏幕底部往上面弹起来。

关于仿真的一些注意事项

  前面我们说后面会讨论density,friction和restitution参数的意义。

  • Density 就是单位体积的质量(密度)。因此,一个对象的密度越大,那么它就有更多的质量,当然就会越难以移动. 
  • Friction 就是摩擦力。它的范围是0-1.0, 0意味着没有摩擦,1代表最大摩擦,几乎移不动的摩擦。 
  • Restitution 回复力。它的范围也是0到1.0. 0意味着对象碰撞之后不会反弹,1意味着是完全弹性碰撞,会以同样的速度反弹。

  建议多去改一改这些参数,看看具体会给小球带来什么影响。一定要去试哦!

完成加速计控制

  如果我们可以通过倾斜屏幕让球朝着屏幕的某个方向运行,那将会很棒。首先,我们需要在init方法里面加入下面的代码:

self.isAccelerometerEnabled = YES;

 

  然后,在文件的某个位置加入下面的方法:

- (void)accelerometer:(UIAccelerometer *)accelerometer didAccelerate:(UIAcceleration *)acceleration {

// Landscape left values
b2Vec2 gravity(-acceleration.y *15, acceleration.x *15);
_world
->SetGravity(gravity);

}

  这里就是设置加速计的向量乘以某个数,然后再设置为world对象的重力向量。编译并运行(最好编译到设备上面,只有设备上面才有加速计),看看效果吧!

何去何从?

  这里是完整源代码

  如果你想学习更多有关box2d相关的内容,请看下一篇教程《在cocos2d里面如何使用box2d制作一个Breakout游戏:第一部分》

 

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posted on 2011-05-27 21:17  子龙山人  阅读(37743)  评论(15编辑  收藏