基于游戏引擎 libGDX 结合原生 App 开发 - Box2D 入门精要

QJoyXue
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本文目的是为之后介绍libGDX中使用Box2D实现一个碰撞效果做技术铺垫，关于Box2D的诸多概念不会一一涉及、深入讲解，望能见谅,不过好在Box2D学习资料颇多，您可以到网上免费获得很多帮助。

导语
1. What's Box2D
2. About Box2D
3. Core
4. 推荐

注意：我们的Box2D事例代码全部基于libGDX封装的接口和类

声明：本文中大量引用了《Box2D 物理游戏编程 初学者指南》作者 陈文登 中原文，在此特别声明，
也推荐大家如果入门学习的话这本书很不错，使我受益匪浅。

What's Box2D

Box2D is an open source C++ engine for simulating rigid bodies in 2D.

Box2D官网

About Box2D

Box2D被很多大型的游戏开发引擎所使用:cocos2D、HTML5、Starling、Unity3D、libGDX...

Box2D核心解决的问题是："Box2D 集成了大量的物理力学和运动学的计算,并将物理模拟过程封装到类对象中,将对物体的操作,以简单友好的接口提供给开发者。"例如：加速、减速、拋物线运动、万有引力、碰撞反弹等等各种真实的物理运动

Core

关于Box2D概念大致包涵：Box2D世界概念、刚体以及刚体属性、刚体的操作、碰撞自处理、关节、向量运算等等，我们在入门时简要的抽取核心中的核心介绍一下

1.Box2D世界
    重力世界
    创建世界
    Debug视图
2.刚体
    刚体概念
    形状
3.刚体属性

1.Box2D世界

1).重力世界

重力,简单的讲,就是使物体自然下落的力,Box2D 用 Vector2 向量类来模拟作用力。Vector2 是 “Box2D Vector2D”的缩写,表示二维空间中的一个向量,Vector2 类的构造函数中只有 x 和 y 两个
参数,分别表示 x 轴和 y 轴方向上的分量。


new Vector2(x, y)

对于C++，重力方向参考如下：

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因为重力是垂直向下的,在水平方向没有任何力,所以 x 设置为 0,这个不难理解。至于y的参数值－9.8,实际上,这里的y指的是重力加速度,我们读高中时都学过,在没有任何阻力影响的情况, 理论的重力加速度是 9.8m/s2(米每平方秒)。 Box2D 中的坐标系统的单位是米(m) 这点很重要 这点很重要 这点很重要

实际上 Box2D 中的重力 gravity 可以设置为任意方向的任意大小,来模拟不同朝向的“重力”。甚至 可以设置为 new b2Vec2(0,0),模拟出一个类似太空的完全失重状态,这也是利用 Box 2 开发俯视 类游戏时,经常使用的设置。

2).创建世界

“世界”在 Box2D 中用 World 类来表示,World 类的构造函数中有两个参数。一个是 Vector2 类型的 gravity,也就是上面我们讲的重力;第二个是一个叫做 doSleep 布尔值参数,表示 Box2D 引擎是否将静止不动的刚体设置为睡眠状态


World myworld = new World(new Vector2(x, y), true);

任何的运动物体,因为摩擦力、能量转换等因素,最终都会慢慢停止运动。Box2D 中的刚体也是一 样,正常情况下,Box2D 会遍历世界中的所有刚体,通过复杂的公式计算,模拟物理运动。但是对于静止不动的刚体来说,这时的物理运动模拟计算是没有必要的。当参数 doSleep 为 true 时,Box2D 会通过将静止的刚体标记为睡眠状态,在遍历时直接跳过,不进行运动模拟计算,这样就提升了 Box2D 的运算效率,节省 CPU 开支。

3).Debug视图－开启Box2D模拟

简单说来，仅仅创建世界、创建我们之后提到的刚体后，运行程序你是看不到任何东西的，Box2D是一个模拟真实世界的计算引擎系统，他并不负责绘制贴图工作，那么我们在没有利用Box2D运算结果进行贴图的情况下，如何能够看到我们模拟的世界或物体呢，他给我提供了一套专门用来Debug Renderer的方式，这就是我们所说的Debug视图。


// Create debugrender object
Box2DDebugRenderer m_debugRenderer = new Box2DDebugRenderer();



...



//render function do this
m_debugRenderer.render(world, camera.combined);

使用Debug视图后，如图中黑色背景的部分，你会看到世界中创建的刚体以有颜色的线条勾勒出边缘来提示你

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2.刚体

如果说 World 类是 Box2D 引擎中的第一基本要素,那 第二肯定非 Body 类莫属了。Body 就是我们常说的刚体,”刚体”这个名词是从 solid body 直译 过来的,用来在 Box2D 中仿真各种物体。《愤怒的小鸟》中的小鸟,《割绳子》里的糖果等等都是 用刚体模拟出来的效果。
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1).刚体概念

A rigid body(一个固态的物体)

Body 是 Box2D 的核心类,是学习 Box2D 的基础,也是重中之重。Body 用来模拟现实物理世界中的所有物体。Box2D 中的任何碰撞、反弹、运动轨迹等各种物理现象模拟和数据计算都是基于刚体实现的,所以刚体 b2Body 所包含的信息有很多,如物体的坐标、角度、受力大小、速度、质量等大量的信息。

2).创建刚体


BodyDef BallBodydef = new BodyDef();
BallBodydef.type = BodyDef.BodyType.DynamicBody;
Body BallBody = world.createBody(BallBodydef);
BallBody.setUserData(new BallInfo());
BallBody.setFixedRotation(false);
CircleShape shape = new CircleShape();
shape.setRadius(1f);
FixtureDef BallFixtureDef = new FixtureDef();
BallFixtureDef.shape = shape;
BallFixtureDef.density = xxx;
BallFixtureDef.friction = yyy;
BallFixtureDef.restitution = zzz;
BallBody.createFixture(BallFixtureDef);
shape.dispose();

三大核心概念：

  • BodyDef:要创建的刚体信息定义
  • Body:要创建的刚体
  • FixtureDef :要创建的刚体信息定义

BodyDef 和 FixtureDef 所对应的属性具体如下表,很好的通过各自的属性诠释了自身的意义:

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3).形状

sharp是另外一个非常重要的因素,FixtureDef 对象的 shape 属性。实现了刚体的具体形状,Box2D 将基于这个形状进行精确的物理碰撞模拟。两类形状：圆形、矩形，我们只举圆形的例子，矩形请无师自通吧。

  • 圆形: 在 Box2D 中用 CircleShape 类表示,这里的圆形是一个”标准圆”,也就是说像椭圆形、扇形 或半圆形这类”非标准圆”是无法用 CircleShape 类来创建的。


CircleShape shape = new CircleShape();
shape.setRadius(xxx);

3.刚体属性 BodyDef

BodyDef 类包含的刚体属性有10多种,包括刚体类型、线性速度、角速度等等,主要是刚体运 动和状态相关的属性,这部分内容请参考推荐书目中或者官方文档，详细了解，我们只罗列一下大只的属性以及用途

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BodyDef.type
BodyDef一共有三种类型，分别是：

  • staticBody 静态刚体，指静止不动，碰撞后不进行反弹等运动模拟的刚体，此刚体不受任何外力的影响，不能调节速度，通常用来做物理游戏里面的地面、平台等;
  • KinematicBody 可动刚体， 这类刚体和静态刚体类似，碰撞后同样不进行反弹等运动模拟，但是他是可以动的，可以主动给他添加初速度等，让他动起来，例如游戏中上下升降的电梯;
  • DynamicBody 动态刚体，这是最常见的类型，可以运动，在碰撞后按照物理定律做出反弹、变相等响应的刚体。;

到此为止我们告一段落，其实Box2D还有很多概念等待你学习，如果你是用它来真正做一个类似愤怒小鸟的游戏，那么关节、碰撞处理的细节都必须要清洗妙了的理解、熟练的应用才可以。

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