Cocos2d-x之Box2D物理引擎_cocos2dx,支持box2d物理碰撞引擎吗

1、概述

我们在游戏中，有时需要模拟真实的物理世界，让游戏世界中的物体都按照物理世界的规律进行运动。而要实现这种功能，就需要用到物理引擎。
在cocos2d-x中集成了2个物理引擎，一个是Chipmunk，一个是Box2D，Box2D的使用人数更多，文档，资料更加完成，所以我们一般选择Box2D。
cocos2d-x 3.0之后的版本对Box2D进行了封装，但是我们学习的时候还是最好了解着更加全面一点。

2、基本概念

Box2D中有几个常见的概念。

世界（world）

世界代表一个遵循物理规律的空间，所有的物体都在世界中运动，世界具有创建销毁刚体，创建销毁关节等功能。

刚体（body）

一块非常坚硬的物质，它上面的任何两点之间的距离都是完全不变的。刚体具体划分为静态刚体，动态刚体和菱柱刚体。

形状（shape）

一块严格依附于物体（body）的2D碰撞几何结构（collision geometry）。形状通过关联附加到刚体上，这样刚体就具备了视觉上的外形。

关节（joint）

它是一种用于把两个或者多个物体固定到一起的约束。Box2D支持的关节类型有：旋转，菱柱，距离等等。关节支持限制（limits）和马达（motors）。

关节限制（joint limit）

一个关节限制限定了一个关节的运动范围。例如人类的胳膊肘只能做某一范围角度的运动。

关节马达（joint motor）

一个关节马达能依照关节的自由度来驱动所连接的物体。例如，你可以使用一个马达来驱动一个肘的旋转。

3、世界

世界代表了一个遵守某些物理定律的空间。

3.1 世界的创建

创建世界需要两个步骤，首先生成重力向量，然后根据重力向量生成世界。

    //重力参数，向量
    b2Vec2 gravity;
    //设置水平方向和垂直方向上的加速度
    gravity.Set(0.0f, -10.0f);
    //创建世界
    world = new b2World(gravity);
    //是否允许物体休眠，如果允许休眠，可以提高物理世界的处理效率，只有在发生碰撞时才唤醒对象，节省CPU
    world->SetAllowSleeping(true);
    //是否开始连续碰撞，计算机智能把一段连续的时间分成许多离散的时间点，在对每个时间点之间的行为进行机选，如果时间点分割得不够细致，速度较快的两个物体碰撞时就可能产生碰撞，连续碰撞将启用特殊的算法避免该现象。
    world->SetContinuousPhysics(true);
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最后程序结束的时候，别忘了销毁世界哟。

    //销毁世界
    delete world;
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3.2 世界的使用

3.2.1 模拟

世界类用于驱动模拟。你需要指定一个时间步和一个迭代次数。例如：

    float timeStep = 1/60.0f;
    int32 velocityIterations = 10;//速度迭代次数
    int32 positioniterations = 1;//位置迭代次数
    world->Step(timeStep, velocityIterations, positioniterations);
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Box2D使用一个称为积分器（integrator）的算法。在离散的时间点上模拟物理方程。
Box2D还使用了大量的代码来调用约束求解器（constraint solver）。约束求解器可以解决约束问题。单个约束可以被完美的解决。但是有的时候，我们求解一个约束的同时会影响到另一个约束。为了解决所有问题，我们需要多次遍历所有约束。
约束求解器中有两个阶段：速度阶段和位置阶段。在速度阶段，求解器为使物体能够正确的移动需要计算必要的冲量。在位置阶段，求解器调整物体的位置来降低物体之间的重叠和连接的分离程度。
Box2D建议的迭代次数是速度阶段8次，位置阶段3次。我们可以根据自身的喜好改变这个数字。用更少的迭代次数会提高效率，但会影响精度。同样，用更多的迭代次数会降低效率但会提升模拟质量。

3.2.2 扫描世界

世界就是物体和关节的容器。我们可以获取世界中所有物体和关节，并遍历他们。

    for (b2Body* a = world->GetBodyList(); a; a->GetNext()) {
        if (a->GetUserData() != nullptr) {
            Sprite* sp = (Sprite* )a->GetUserData();
            sp->setPosition(Vec2(a->GetPosition().x*PTM_PATIO, a->GetPosition().y*PTM_PATIO));
            sp->setRotation(-1*CC_RADIANS_TO_DEGREES(a->GetAngle()));
        }
    }
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物体

我们已经知道了刚体的概念，那么该怎么创建一个刚体呢？
创建刚体需要以下几个步骤。
1.创建一个刚体定义bodyDef
2.世界根据刚体定义创建刚体
3.用形状（shape），摩擦（friction），密度（density）等来定义fixture
4.在body上来创建fixture

4.1 创建一个动态刚体

auto sprite = Sprite::create("zh.png");
    sprite->setPosition(Vec2(p.x, p.y));
    addChild(sprite);

    //物体定义
    b2BodyDef bodyDef;
    bodyDef.type = b2_dynamicBody;//物体类型为动态刚体
    bodyDef.position.Set(p.x/PTM_PATIO, p.y/PTM_PATIO);
    b2Body* body = world->CreateBody(&bodyDef);//创建物体
    body->SetUserData(sprite);//将精灵放置到物体的UserData属性中，这样便于我们从物体中获取相关联的物体
    //定义两米见方的盒子形状
    b2PolygonShape dynamicBox;
    dynamicBox.SetAsBox(1, 1);//中心点为1，1，盒子左下角为0，0.这样大小可以确定

    //夹具定义
    b2FixtureDef fixtureDef;
    fixtureDef.shape = &dynamicBox;
    //设置密度
    fixtureDef.density = 1.0f;
    //设置摩擦系数
    fixtureDef.friction = 0.4f;
    //设置弹性系数
    fixtureDef.restitution = 0.5f;
    //使用夹具固定形状到物体
    body->CreateFixture(&fixtureDef);
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4.2 创建一个静态刚体

上面创建的是一个动态刚体，如果只需要一个静态刚体，可以去掉

    bodyDef.type = b2_dynamicBody;//物体类型为动态刚体
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默认情况下，body 是静态的。同时，密度，摩擦系数，弹性系数也没有意义了。

4.3物体工厂

物体的创建和摧毁都是通过世界来完成的。世界创建物体，摧毁物体，完成内存的分配和回收。物体有动态和静态的。静态的物理没有质量，动态的物体有质量。
无论物体是静态还是动态的。摧毁方式都是一样的。

    world->DestroyBody(body);
    body = NULL;
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5、形状

5.1 形状概述

形状就是物体上的碰撞几何结构。另外形状也可以用于定义物体的质量。也就是说，我们指定密度，Box2D根据形状可以计算出质量。
形状具有摩擦和恢复的性质。形状用于属于某物体，单个物体可以拥有多个形状。形状是抽象类，所以在Box2D中可以实现许多类型的形状。

5.2 形状定义

形状定义用于创建形状。通用的形状数据会保存在b2Shape中，特殊的形状数据会保存在其派生类中。其派生类有b2PolygonShape,b2EdgeShape,b2CircleShape等，我们可以直接使用意见定义好的形状。

5.2.1 形状常见属性

1）摩擦和恢复
摩擦可以使对象逼真地沿着其他对象滑动。摩擦参数设置在0到1之间。0意味着没有摩擦，1会产生强摩擦。
恢复可以使对象弹起。恢复的值也是0到1之间。0的意思是物体不会弹起，这称为非弹性碰撞。1的意思是物体的速度会得到精确的反射。这称为完全弹性碰撞。恢复是通过这样的公式计算的。
2）筛选
碰撞筛选是为了防止某些形状发生碰撞的系统。Box2D通过种群和组支持了这样的碰撞筛选。
Box2D支持16个种群，对于任何一个形状你都可以指定它属于哪个种群。你还可以指定这个形状可以和其他那些种群发生碰撞。例如，你可以在一个多人游戏中指定玩家之间不会碰撞，怪物之间也不会碰撞，但是玩家和怪物会发生碰撞。这是通过掩码来完成的。
playerShapeDef.filter.categoryBits = 0x0002;
monsterShapeDef.filter.categoryBits = 0x0004;
playerShape.filter.maskBits = 0x0004;
monsterShapeDef.filter.maskBits = 0x0002;
碰撞组可以让你指定一个整数的组索引。你可以让同一个组的所有形状总是相互碰撞（正索引）或者永远不碰撞（负索引）。组索引通常用于一些以某种方式关联的事物。就像汽车的部件。