- 精通Cocos2d-x游戲開發（進階卷）
- 王永寶
- 3862字
- 2020-11-28 22:37:08
10.4 在Cocos2d-x中使用Box2d
在Cocos2d-x中使用Box2d有兩個要點，第一點是在Cocos2d-x中完成物理引擎的初始化和更新，第二點是將Cocos2d-x的渲染和Box2D的物理模擬結合起來。本節將由淺入深地介紹Box2d在Cocos2d-x中的應用，將物理引擎嵌入Cocos2d-x框架中，從對象物理模擬和Cocos2d-x渲染，到碰撞監聽的回調，再到安全地刪除剛體，釋放物理世界。
10.4.1 物理世界
首先需要有一個場景，將這個場景作為我們的物理世界，所以這個場景需要完成第一個任務，即在onEnter或init的時候，初始化物理世界，設置好重力。
b2Vec2 gravity;
gravity.Set(0.0f, -10.0f);
m_World = new b2World(gravity);
m_World->SetAllowSleeping(true);
m_World->SetContinuousPhysics(true);
在每一幀的update中，都要執行物理世界的更新，這只是很簡單的幾行代碼。
int velocityIterations = 8;
int positionIterations = 1;
m_World->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
創建World，更新World，放在場景中是沒有問題的，但是假設把這些物理相關的東西，封裝到一個物理管理器里面作為一個單例，在Cocos2d-x中使用會更好一些。這樣做的好處是，把物理框架從場景分離開，使物理框架的功能更獨立一些，清晰一些，整體的耦合性小一些。并且在很多地方，可能需要使用物理引擎來做一些東西。假如需要先找到場景節點，然后獲取它的World，那么這樣做會使整體的耦合度變得很高，而如果封裝到單例里面，這些操作就會變得“優雅”很多。
class CPhysicsManager
{
private:
CPhysicsManager(void);
virtual ~CPhysicsManager(void);
public:
static CPhysicsManager* getInstance();
//在一場游戲結束之后應該調用
static void destory();
//更新物理世界
void update(float dt);
inline bool isLocked()
{
if (NULL == m_World)
{
return false;
}
return m_World->IsLocked();
}
//獲取世界
inline b2World* getWorld()
{
return m_World;
}
private:
static CPhysicsManager* m_Instance;
b2World* m_World;
CPhysicsListener* m_ContactListener;
};
筆者是這樣設計這個單例的，這個單例會負責維護兩項，一個是我們的物理世界，在構造函數中初始化物理世界，另外一個是我們自定義的碰撞監聽器，在絕大部分情況下總是需要它的。在構造函數中會初始化物理世界，而update()函數將會驅動物理世界的Step進行模擬。
CPhysicsManager::CPhysicsManager(void)
{
//創建碰撞監聽器
m_ContactListener = new CPhysicsListener();
//初始化物理世界
b2Vec2 gravity;
gravity.Set(0.0f, -10.0f);
m_World = new b2World(gravity);
//設置碰撞監聽器
m_World->SetContactListener(m_ContactListener);
//允許剛體睡眠
m_World->SetAllowSleeping(true);
//激活連續碰撞檢測
m_World->SetContinuousPhysics(true);
}
最后在游戲場景初始化的時候，調用單例的初始化函數，在游戲場景退出的時候，調用單例的銷毀函數，因為當玩家退回到主界面的時候，物理世界不應該繼續模擬了，而當玩家進入游戲的時候，物理世界必須是一個新的世界，不能使用上一個關卡所遺留的數據來模擬。當然，需要在游戲場景節點的update()函數中調用CPhysicsManager的update，這里沒有說釋放，但應在析構函數中，把new出來的CPhysicsListener和b2World釋放掉。
接下來還需要創建場景的邊界，用一個包圍盒把場景框住，在設置和Box2d相關的大小變量時，一般都要除以一個PTM_RATIO常量，這個常量一般是32，表示像素和物理單位米的比例，因為在設置物體大小的時候，按照現實世界的比例來設置是比較好的，假設沒有這個參數，那就會變成1像素=1米，在大多數情況下，32像素=1米的比例能夠更好地工作。當然這只是一個比例問題。讓顯示對象縮小到1/32或其他比例以適應物理對象，或者讓物理對象放大32倍來適應顯示對象，關鍵的地方在于物理對象的大小和顯示對象的大小是否相等。
//定義包圍盒
b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(0, 0); //bottom-left corner
//調用世界工廠的方法創建剛體
b2Body* groundBody = m_World->CreateBody(&groundBodyDef);
//定義包圍盒的形狀
b2EdgeShape groundBox;
//設置包圍盒的底部
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftBottom().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightBottom().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//設置包圍盒的頂部
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftTop().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightTop().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//設置包圍盒的左邊
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftTop().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::leftBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftBottom().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//設置包圍盒的右邊
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::rightBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightBottom().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightTop().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
我們能且只能通過World的create()方法來創建剛體，如果直接用new或者malloc來創建剛體，那么創建的剛體將不在這個世界之內，也不會和物理世界有任何交集。上面創建包圍盒的代碼，應該寫在場景中，因為這并不屬于物理框架的內容，物理框架不會知道，創建的這個場景的地形長什么樣的，有多大。
10.4.2 物理Sprite
接下來要添加場景內的東西了，主要是把顯示對象Sprite和b2Body結合起來，雙繼承也許會是一個好主意，但可能存在比較多的爭議，將b2Body作為Sprite的一個成員變量已經可以比較好地工作了，為什么是b2Body作為Sprite的成員變量，而不是反過來呢？首先，編碼的時候可能會頻繁用到Sprite里面的東西，但是b2Body可能很少問津。另外，當Body被銷毀的時候，Sprite可能需要繼續存在于場景中，對于Body，只是需要使用其物理特性而已。
首先需要有一個繼承于Sprite的類，因為需要為其添加一些成員變量，一個b2Body指針，在onEnter的時候初始化這個指針，可以在onExit或者析構函數中釋放它，繼承于Sprite的類先管其叫CPhysicsObject，可以在init中初始化物理剛體，這塊在描述不同的CPhysicsObject時，可以根據需要重寫這部分的代碼。下面的一小段代碼只是用來介紹，在Cocos2d-x中創建剛體的過程，實際上CPhysicsObject應該作為一個純粹的物理對象基類來使用，不應該在這里添加創建剛體的代碼，應該由子類來完成這個任務。
b2BodyDef bodyDef;
bodyDef.type = b2_dynamicBody;
bodyDef.position.Set(getPositionX() / PTM_RATIO, getPositionY() / PTM_
RATIO);
m_Body = world->CreateBody(&bodyDef);
b2PolygonShape dynamicBox;
Size sz = getContentSize();
//根據精靈圖片的大小以及像素和米的比例，來設置包圍盒
dynamicBox.SetAsBox(sz.width * 0.5f / PTM_RATIO, sz.height * 0.5f / PTM_
RATIO);
//設置好動態剛體的屬性，然后配置給Body
b2FixtureDef fixtureDef;
fixtureDef.shape = &dynamicBox;
fixtureDef.density = 1.0f;
fixtureDef.friction = 0.3f;
m_Body->CreateFixture(&fixtureDef);
在onExit()函數中，析構或者任何想要刪除剛體的時候，需要調用下面的代碼來釋放。
void CPhysicsObject::onExit()
{
if (NULL ! = m_Body)
{
CPhysicsManager::getInstance()->getWorld()->DestroyBody(m_Body);
m_Body = NULL;
}
Sprite::onExit();
}
有了剛體之后，需要注意一件事情，就是不要再調用這個剛體的setPosition()方法來改變剛體的位置，如果要設置，需要同時更新m_Body的位置屬性，強制設置位置會導致物理模擬出錯。
另外還應該做一個事情，就是把m_Body的位置，旋轉等屬性同步到Sprite中。在Node中有一個nodeToParentTransform()函數，用于返回一個描述節點當前的旋轉和位置的矩陣，在Node中是根據當前節點的位置、錨點，以及旋轉來計算這個矩陣的，在這里用m_pBody的位置和旋轉來計算。
AffineTransform CPhysicsObject::nodeToParentTransform(void)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::nodeToParentTransform();
}
b2Vec2 pos = m_Body->GetPosition();
float x = pos.x * PTM_RATIO;
float y = pos.y * PTM_RATIO;
if ( isIgnoreAnchorPointForPosition() ) {
x += m_tAnchorPointInPoints.x;
y += m_tAnchorPointInPoints.y;
}
//Make matrix
float radians = m_Body->GetAngle();
float c = cosf(radians);
float s = sinf(radians);
if( ! m_tAnchorPointInPoints.equals(CCPointZero) ){
x += ((c * -m_tAnchorPointInPoints.x * m_fScaleX) + (-s * -m_
tAnchorPointInPoints.y * m_fScaleY));
y += ((s * -m_tAnchorPointInPoints.x * m_fScaleX) + (c * -m_
tAnchorPointInPoints.y * m_fScaleY));
}
//Rot, Translate Matrix
m_tTransform = AffineTransformMake( c * m_fScaleX, s * m_fScaleX,
-s * m_fScaleY, c * m_fScaleY,
x, y );
return m_tTransform;
}
nodeToParentTransform()函數在對象需要被重繪的時候調用，Cocos2d-x根據isDirty虛函數的返回值，來決定是否重繪。正常情況下，當玩家的位置、大小、旋轉發生改變的時候，nodeToParentTransform()函數就會返回true，而在使用了Box2d的情況下，CPhysicsObject應該在物體的運動狀態下，返回true，而在靜止狀態下，返回false，可以直接返回body的IsAwake()函數，當剛體醒著的時候更新，當剛體靜止下來的時候，停止更新。
bool CPhysicsObject::isDirty()
{
if (NULL ! = m_Body)
{
return m_Body->IsAwake();
}
return CCSprite::isDirty();
}
CPhysicsObject還需要重寫一些接口，用于設置位置和旋轉，因為在設置旋轉和位置的時候，需要同步到物理世界，而在獲取位置和旋轉的時候，也需要從物理世界中獲取。
const CCPoint& CPhysicsObject::getPosition()
{
if (NULL == m_Body)
{
return CCSprite::getPosition();
}
b2Vec2 pos = m_Body->GetPosition();
float x = pos.x * PTM_RATIO;
float y = pos.y * PTM_RATIO;
m_tPosition = ccp(x, y);
return m_tPosition;
}
void CPhysicsObject::setPosition(const CCPoint &pos)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::setPosition(pos);
}
float angle = m_Body->GetAngle();
m_Body->SetTransform(b2Vec2(pos.x / PTM_RATIO, pos.y / PTM_RATIO),
angle);
}
float CPhysicsObject::getRotation()
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::getRotation();
}
return CC_RADIANS_TO_DEGREES(m_Body->GetAngle());
}
void CPhysicsObject::setRotation(float fRotation)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::setRotation(fRotation);
}
else
{
b2Vec2 p = m_Body->GetPosition();
float radians = CC_DEGREES_TO_RADIANS(fRotation);
m_Body->SetTransform(p, radians);
}
}
10.4.3 碰撞處理
現在我們有了一個物理場景，以及物理節點，這個帶有物理屬性的節點可以正常顯示，那么接下來還需要一個碰撞監聽器，雖然這不是必須的，但在每次碰撞發生的時候，告訴節點，被碰了一下或者說跟誰碰到一起了是非常有用的。例如，憤怒的小鳥游戲，玩家發射出去的小鳥，不同的小鳥碰到不同的障礙，效果是不一樣的，普通小鳥碰到冰塊時穿透力很低，而藍色小鳥碰到冰塊時會有非常強的穿透力。黑色小鳥碰到障礙時會直接爆炸。這些都是由碰撞觸發的，從而根據碰撞信息進行相對應的處理。
class CPhysicsListener :
public b2ContactListener
{
public:
CPhysicsListener(void);
virtual ~CPhysicsListener(void);
//當兩個對象互相碰撞
virtual void BeginContact(b2Contact* contact);
//當兩個對象碰撞結束
virtual void EndContact(b2Contact* contact);
//當兩個對象準備進行物理模擬之前調用
virtual void PreSolve(b2Contact* contact, const b2Manifold*
oldManifold);
//當兩個對象完成了物理模擬之后調用
virtual void PostSolve(b2Contact* contact, const b2ContactImpulse*
impulse);
//處理每一幀的物理碰撞事件
void Execute();
private:
std::set<CPhysicsObject*> m_PhysicsObjets;
};
想要處理好物理碰撞，那么就需要一個碰撞監聽器，碰撞監聽器的實現很簡單，先寫一個空的碰撞監聽器，這個碰撞監聽器的關鍵在于，如何把碰撞消息傳遞給物理節點，這需要通過一個Body獲得一個PhysicsObject，那么最好的方法就是，將這個PhysicsObject放到Body的UserData中。因此在碰撞監聽器中，需要重寫4個碰撞回調函數，而在我們的物理節點基類中，也需要對應4個接口，來接收這4種碰撞消息。例如下面的代碼。
void CPhysicsListener::PreSolve(b2Contact* contact, const b2Manifold*
oldManifold)
{
//碰撞的第一個剛體如果是一個CPhysicObject（用userData判斷），那么調用它的回調
CPhysicsObject* objA = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureA()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objA)
{
objA->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
//接下來判斷第二個剛體
CPhysicsObject* objB = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureB()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objB)
{
objB->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
}
其他幾個接口的實現與其類似，都是簡單地轉發消息，但需要注意的一點是，不要在這些回調函數中改變剛體，因為這會對物理模擬造成影響，特別是不要刪除剛體，否則可能導致程序崩潰。假設需要在碰撞發生的時候改變剛體，那么可以在碰撞發生的時候記錄狀態，在物理模擬完成之后，再進行改變。同樣，刪除剛體，也是需要在物理模擬完成之后再進行刪除。
假設需要在碰撞的時候改變剛體的屬性，例如，讓一個物體在被碰到的時候破碎，如玻璃杯，或者是碰到某個物體之后變重，如海綿碰到水，這種情況下可以在監聽器中增加一個Execute()方法，在World的Step執行之前或之后來執行該方法，在該方法中，將調用這一幀，所有觸發碰撞的對象的一個方法，來執行這些操作，包括刪除剛體。
void CPhysicsManager::update(float dt)
{
//觸發碰撞事件，交給監聽者處理
m_ContactListener->Execute();
int velocityIterations = 8;
int positionIterations = 1;
m_World->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
}
在每次事件觸發的時候，對上面的代碼小小改動一下，將PhysicsObject添加到一個容器中，緩存起來。
CPhysicsObject* objA = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureA()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objA)
{
//添加到一個Set容器中
m_PhysicsObjets.insert(objA);
objA->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
然后在每一幀都會執行的Execute()方法中，遍歷這一幀所有觸發事件的對象，并調用它們的processOver()函數，在所有物理對象的processOver()函數中，可以根據當前的狀態改變剛體或者銷毀剛體。
for (set<CPhysicsObject*>::iterator iter = m_PhysicsObjets.begin(); iter ! =
m_PhysicsObjets.end(); ++iter)
{
CPhysicsObject* obj = *iter;
obj->processOver();
}
m_PhysicsObjets.clear();
這里面有一個陷阱，可能導致一個對象被銷毀之后，仍然觸發其碰撞監聽。這是非常可怕的一件事情，意味著程序很可能因此而崩潰！那就是在銷毀一個剛體的時候，假設這個剛體正和其他對象發生了接觸，那么這個時候，會有一個在Step之外的EndContact回調被觸發，這是合理的，但很容易被忽視，并且產生BUG。正常的流程如圖10-2所示，在一個Step中完成所有的觸發，而圖10-3演示了需要多個Step才能處理完一次接觸的情況。
圖10-2 一次Step完成
圖10-3 需要多次Step
要解決這個BUG其實很簡單，就是在釋放剛體之前，先把剛體的UserData設置為NULL，這樣回調流程就無法觸發到PhysicsObject里面了。假設你的代碼期望收到這個EndContact回調，那么需要在processOver()函數里面把好關，防止因為重復的processOver()函數調用，導致重復釋放的問題，并且需要管理好UserData的引用計數。