前言

通过这篇文章我们了解到SCNView会在整个渲染过程中运行一个渲染循环，在该循环中，我们通过SCNSceneRendererDelegate一系列的代理方法可以插入游戏逻辑。这一节，我们来研究下该循环过程中的物理效果模拟Simulates Physics。

物理模拟是干什么的？

SceneKit中的物理模拟有以下作用：

将动态行为添加到场景中的对象。

检测物体间的接触与碰撞。

模拟真实的效果，如重力、弹簧和汽车模拟。

有哪些相关的类呢？

1. 物理体 SCNPhysicsBody 类

SCNNode对象的 physicsBody属性，就是由该类创建。

  planeNode.physicsBody = SCNPhysicsBody(type:.kinematic, shape: nil)

通过以上物理体与节点关联后，在对物理体施加力或冲击时，SceneKit会对它执行包括重力，摩擦以及与其他物体的碰撞等方面的计算，计算完成后，会更新节点对象的位置与方向。

SCNPhysicsBody类定义了场景模拟时物理体的物理特征，物理模拟三个最重要的属性：

type，决定物体间如何在力的作用下交互，有如下几类：
a. 静态物体(static)。不受力量和碰撞的影响，不能移动，如岩石，房子。
b. 动态物体(dynamic)。受到力量和与其他物体碰撞的影响，如可移动的桌椅，杯子。
c. 运动物体(kinematic)。不受力或碰撞的影响，但通过直接移动它们，可能会导致影响动态物体的碰撞，如电梯或门。
physicsShape，定义了一个为了调整碰撞检测的三维物体的形状，由 SCNPhysicsShape创建，越简单的形状物理模拟会越快，所以当我们允许SceneKit自动创建一个physics shape时，它将使用最简单的形状，大致去匹配一下physics body所依附的节点的几何形状，这种方式最大限度地提升了模拟性能，但仿真精度会差。例如使用 SCNBox、SCNSphere、SCNPyramid、SCNCone、SCNCylinder或SCNCapsule 等创建的physics shape来模拟碰撞，要比使用几何顶点数据来模拟碰撞简单的多，性能更快，但细节会差很多。
kinematic()，正如上面type属性中所说，该方法会返回一个不受力或碰撞影响，但在移动时可能会导致影响其他实体的碰撞的运动物体。

另外，我们可以为每个物理体设置categoryBitMask和collisionBitMask属性来确定它与哪种物体相撞，可以指定接触和碰撞行为。

2. 物理场 SCNPhysicsField 类

如引力，电磁，湍流这些场效应类型的力，他们会对一定范围内的物理体产生作用，你可以通过SCNPhysicsField来创建对象，将其附加到场景节点中的physicsField属性上，绑定后，就能将你想要的场效应加到场景中了。
物理场既能对物理体产生影响，又能对粒子系统产生影响。至于粒子系统，请看我的这篇文章。

2.1 创建物理场

drag()，创建一个减速的场，如水下区域。
vortex()，创建一个力围绕轴旋转的场，如关节，门。
radialGravity()，创建一个向中心加速的向心力场。
linearGravity()，创建一个沿特定方向加速的直线场。
noiseField(smoothness:CGFloat，animationSpeed:CGFloat)，创建一个随机作用力的噪声场，能模拟随机运动的效果，如飘落的雪花。smoothness：随机值，值0.0指定最大噪声，值1.0指定完全没有噪声。speed：场的变化，值为0.0时是静态场。
turbulenceField(smoothness:animationSpeed:)，也是一个随机作用力的湍流场，与噪声场不同，湍流场施加的力的大小与每个受影响物体的速度成正比。例如，一个穿过噪声场的物体在穿过噪声场的过程中会发生震动，但是一个穿过湍流场的物体运动得越快，震动就越剧烈。电场的强度特性与湍流效应的大小成正比。
spring()，创建一个类似弹簧效果的场。
electric()，创建一个电流场。
magnetic()，创建一个电磁场。

2.2 自定义物理场

我们还可以通过 customField(evaluationBlock:SCNFieldForceEvaluator) 中的block来确定施加到物理体或粒子上的力的方向和大小。

参数block：SCNFieldForceEvaluator，SceneKit会在物理模拟的每个步骤中，针对物理场作用区域内的每个对象都会调用一次block。

需要注意的是：默认情况下，每一帧的渲染都会执行一次物理模拟中的步骤。例如，如果您的视图以每秒60帧的速度渲染，假如物理场中有三个物理体，那SceneKit每秒将运行您的block180次。为了避免降低渲染性能，注意不要在这个块中执行大量的计算。

3. SCNPhysicsBehavior 类

SCNPhysicsBehavior对象定义一个或多个物理实体的高级行为，并修改物理模拟的结果。包括连接多个物理体并使它们一起移动的关节，以及像汽车一样滚动的行为。通过实例化它的一系列子类，来得到想要添加到物理世界中的行为类型。

下表展示了它的一系列子类。

SCNPhysicsBehavior 子类

具体每个子类就不一一展开来讲，用到了再去查相关文档即可。在使用时按如下步骤：

a. 创建SCNPhysicsBody对象，并关联到node

b. 创建behavior子类对象

c. 将behavior对象通过 addBehavior(_:) 方法加到场景的 physicsWorld 属性中。

//Create SCNPhysicsBody objects and attach them to each node that participates in the behavior.
        let physicsBody = SCNPhysicsBody(type: .dynamic, shape: nil)
        sceneNode.physicsBody = physicsBody
        
        //Create SCNPhysicsBody objects and attach them to each node that participates in the behavior.
        let axis = SCNVector3(simd_float3(10))
        let anchor = SCNVector3(simd_float3(10))
        let behavior = SCNPhysicsHingeJoint(body: physicsBody, axis: axis, anchor: anchor)
        
        //Add the behavior to the physics simulation by calling the addBehavior(_:) method on your scene’s SCNPhysicsWorld object
        scene.physicsWorld.addBehavior(behavior)

上面代码示例中simd，请参看我的这篇文章。

4. SCNPhysicsWorld 类

在一个场景中physics world对象会展开对碰撞、重力、关节等物理效应的全局模拟。它会完成以下任务：

管理物理模拟的全局属性，如速度和重力。
记录改变场景中物理实体之间相互作用的行为，如关节和车辆。
在两个物理体接触时指定一个委托对象接收消息。
执行特定的接触测试，并使用光线和扫描测试在场景中搜索物理物体。

SceneKit之物理模拟Physics Simulation