书名:代码本色:用编程模拟自然系统
作者:Daniel Shiffman
译者:周晗彬
ISBN:978-7-115-36947-5
第5章目录
5.1 Box2D及其适用性
1、Box2D
- Box2D的开发者是Eric Catto,他在2006年的游戏开发者大会上用C++编写了一套物理编程教学资料,Box2D就源自这些教学资料。
- 最近几年,Box2D已经发展成一个丰富的开源物理引擎,被用于无数项目,尤其是一些成功的游戏,
- 比如备受赞誉的益智游戏“蜡笔物理学”,以及能在手机和平板上运行的“愤怒的小鸟”。
2、引擎
- 我们必须知道一个事实:Box2D只是一个物理引擎。
- 它和计算机图形学无关,和像素世界也没有关联;它只负责接收输入数据,返回计算结果。
- Box2D使用的数据单位和现实世界的单位一样,也就是米、千克和秒等。
但有一点不同:Box2D的世界是一个有边界(上下左右)的二维平面。 - 举个例子,你可以告诉Box2D“在我们的世界里,重力是9.81 N/kg,现在有一个半径为4 m,质量为15 kg的圆圈,位于参照面以上10 m处”,它会告诉你“2 s后,这个圆圈位于参照面以下10 m处”。
- 尽管它提供了一个强大的物理引擎,但我们仍需编写一些复杂的代码,以便于在物理“世界”(Box2D的关键术语)和Processing的像素世界之间实现坐标转换。
3、Box2D值得学习吗?
如果只是简单地模拟圆圈受重力作用下落的过程,我是否需要特地使用Box2D,写很多额外的代码完成这样的功能?
答案是:不需要。
在第1章里,我们很轻松地就实现了这个功能。换个场景,假如有100个物体同时下落,这些物体不是圆形,而是不规则的多边形,并且需要像现实世界中一样考虑物体之间的碰撞……这时候,我们是否要用Box2D实现这个功能?
你可能会发现,在前4章运动和力的模拟中,我们忽略了一个关键点——碰撞。
4、碰撞模拟
- 下面我们假装不知道物理库能完成碰撞模拟,先自己处理碰撞。
- 为了模拟碰撞,我们需要根据以下两个问题设计算法。
1.如何确定两个物体是否发生碰撞(它们是否相交)?
2.如何确定物体碰撞后的速度?
如果物体的形状是矩形或者圆形,问题(1)解决起来也挺简单。我们知道如果两个圆圈之间的距离小于它们半径的和,它们就相交,参见图5-1。
以上方法可用于确定两个圆圈是否会发生碰撞,那它们相撞后速度会怎样变化?
我们不打算在这里讨论下去,要知道理解碰撞背后的计算原理固然重要,但生命是有限的。我们无法把物理模拟中的每个细节都一一学到。
就碰撞而言,除了两个圆圈碰撞,还有矩形的碰撞、不规则多边形的碰撞、曲面的碰撞、带有弹性摆臂的钟摆的碰撞……
用Sketch(即速写本,processing的主界面)模拟碰撞是一件非常复杂的事,但是有了Box2D,你可以节省很多时间和精力——这就是本章的目的。
Erin Catto花了好几年的时间研究上述问题的解决方案,但现在你不需要再花时间自己研究这些问题。
总之,如果你发现自己在用Sketch模拟“碰撞”相关的问题,这时候就该使用Box2D。(除此之外,还有很多关键词能把你引到Box2D上,比如“关节”“枢轴”“滑轮”“马达”等。)