box2d中物體移動的功能實現細節

 

     最近把box2d研究了一遍，整體上差很少是瞭解了，可是在運行那個小球下落的demo時候發現移動速度與物理狀況不同，仔細研究了半天才發現原來有這麼多細節概念要注意。這必須記錄下來，對之後有一樣問題的人確定會有所啓發。

 

物理模型：

    一個邊長爲1m的正方形盒子懸停在20m高的位置，而後自由落體。根據公式h=gt^2/2可知下落到0m高時應該是2s。

對應box2d的模型：

    一個形狀爲邊長爲1m的正四角型，不存在任何阻尼，放在20m高的空中，而後設置向下引力爲9.8m/s^2。

 

注意一：單位換算 

    這個地方是新手最容易出錯的。因爲libgdx中的距離單位都是px，但box2d的距離單位都是m，因此你程序中全部要計算的值都要確保單位正確。 

    具體來講，好比個人顯示器分辨率是1440px*900px，那我建立一個遊戲界面爲200px*200px的，如new JoglApplication(new DemoGame(), "Demo Demo", 200, 200, false);。這個很好理解，你的整個遊戲界面就是這個大小，與顯示器的分辨率是正比關係。

    而後，遊戲中會有一個camera來看具體的界面內容，這裏只考慮正投影攝像機（不會由於距離對界面放大或者縮小），那麼定義其能看到的也是200px*200px的畫面new OrthographicCamera(200, 200)，這 樣就真的是畫面上的1px表明你顯示器的1px了。camera大小的變化是你遊戲中的1px與實際顯示器1px是成反比的。我以爲這個與遊戲界面設置同樣最好理解了。

    那若是我但願10個像素表明1m（scale=10px/m），那計算出來的每一個物體位移1m，你對應的actor都要移動10個像素。就是這麼個換算關係。

    注1：box2d中的單位都是標準單位，好比長度就是m，重量就是kg。

    注2：box2d的物理計算與畫面上的actor是分開的，須要把物理數據再經過同步來反應到actor上。可是在Box2DDebugRenderer能夠直觀的看這個物理世界。

 

注意二：最大速度限制

    這個時候物體移動起來有點意思了，當把世界引力加到很大，詭異的事情發生了，開始仍是加速運動，忽然到後面明顯變成勻速運動了。查了一遍資料才發現，原來box2d把每幀位移限制在2m/frame，因此在60Hz的刷新率狀況下物體最大移動速度就是120m/s了。悲劇的是這個限制是hard coding，這多是讓物體看起來移動比較連續吧。因此要把速度加上去，那就只能提升幀數了，好比world.step(1/100f, 3, 3);能提升最大速度就是200m/s，但這麼修改會有一個嚴重的問題，就是讓物體位移的時間刻度和實際時間不一致了，畫面看上去會和人感知不同。

    注：timestep是時間步長，這是動畫裏面一個重要概念，物理世界每次計算出來新的位置就必需要知道過了多久時間，這就讓離散的時間點計算變成一個連續的動畫。

 

注意三：初始化的影響

     以上工做都作好了，發現下落時間怎麼統計都不對。弄了半天才發反應過來原來第一次render的時候就已經開始計算物體移動了，而且把這個deltaTime帶入進去計算了。因爲初始化速度會比較慢，程序遠達不到60Hz的刷新度，因此我把那個時間做爲第一次下落時間實際上是已經晚了的。因此乾脆把第一次render再讓每一個物體喚醒，這就獲得指望的結果了。

 

 

附上測試代碼：

public class DemoGame implements ApplicationListener {

    protected OrthographicCamera camera;
    protected Box2DDebugRenderer renderer; // 測試用繪製器
    private World world;
    private float scale = 10f; // 屏幕的縮放比例，10像素/米
    private long start = 0;
    private Body body;
    private boolean isFinished = true;
    private int count = 0;
    private float totalTime = 0;

    @Override
    public void create() {
        Thread.currentThread().setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        camera = new OrthographicCamera(200/scale, 200/scale);// 這裏爲了展現物理世界，把視野也轉換成m
        camera.position.set(100/scale, 100/scale, 0);  // 攝像機的postion是畫面的中心點
        renderer = new Box2DDebugRenderer();

        world = new World(new Vector2(0, -9.8f), true); // 通常標準重力場
        BodyDef bd = new BodyDef(); //聲明物體定義
        bd.position.set(10, 20);
        bd.type = BodyType.DynamicBody;
        body = world.createBody(bd); //經過world建立一個物體
        PolygonShape box = new PolygonShape();
        box.setAsBox(0.5f, 0.5f);   // 注意單位是邊長的一半
        FixtureDef fd = new FixtureDef();
        fd.shape = box;
        fd.friction = 0;
        fd.restitution = 0;
        fd.density = 1;
        body.createFixture(fd); //將形狀和密度賦給物體
        body.setLinearDamping(0f);  // 沒有線性阻尼
        body.setAngularDamping(0f); // 沒有旋轉阻尼
        body.setAwake(false);
    }

    @Override
    public void render() {
        world.step(Gdx.app.getGraphics().getDeltaTime(), 3, 3);
        if(start == 0) {
            count = 1;
            start = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("start postion：" + body.getPosition().y);
            body.setAwake(true);    // 讓渲染的第一幀再讓物體運動，這樣時間得到才準確，
                                    // 不然第一個deltaTime有初始化時間，會讓整個計算不許
        } else {
            if(isFinished){
                System.out.println("動畫渲染次數： " + count++);
                System.out.println("物體移動速度: " + body.getLinearVelocity().y);
                System.out.println("---------------------------------");
                totalTime += Gdx.app.getGraphics().getDeltaTime();
            }
            if(body.getPosition().y <= 0 && isFinished) {
                System.out.println("實際時間差：" + (System.currentTimeMillis() - start)/1000f);
                System.out.println("圖像增量統計時間差：" + totalTime);
                System.out.println("end postion：" + body.getPosition().y);
                isFinished = false;
                world.destroyBody(body);
            }
        }
        GL10 gl = Gdx.app.getGraphics().getGL10();
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        camera.update();
        camera.apply(gl);
        renderer.render(world, camera.combined);
    }

    @Override
    public void dispose() {
        renderer.dispose();
        world.dispose();

        renderer = null;
        world = null;
    }

    @Override
    public void pause() {
    }

    @Override
    public void resize(int width, int height) {
    }

    @Override
    public void resume() {
    }
}