《割繩子》《蠟筆物理學》《Contre Jour》《頑皮鱷魚愛洗澡》等遊戲用Box2D引擎實現物理部分的方法(轉)

從最熱門遊戲排行榜和flash遊戲網站上，你能看到什麼？許多2D遊戲都有很是出色的物理學和美術設計。如今咱們要學習那些遊戲使用了什麼物理學以及如何用Box2D製做它們。

除了知道是「什麼」，更重要的是知道「如何作」，首先，我想問讀者一個問題：若是你想複製物理遊戲的機制或行爲，你須要什麼技術和方法？

一年之前，我問了本身一樣的問題，《6 Dimensions》就是問題的答案。這款遊戲是一個創意的盒子，每一面都包含一組使用Box2D物理學再加上視覺美學技術製做的不一樣的遊戲機制。在此，我將與你們分享這款遊戲。我作這款遊戲是爲了改進遊戲引擎Codea（是由Crabitron開發的），而我寫了這篇教程是爲了向你們介紹寫實物理學、美術和遊戲設計……共同提升咱們的遊戲開發水平。

在個人遊戲中，我設計了6個面，借一樣的思路，我將給你們介紹我運用了哪些從其餘遊戲中複製而來的物理、機制和美術技術。

一、形狀

《Thomas was alone》、《憤怒的小鳥》、《蠟筆物理學》

crayon physics(from gamasutra)

在《蠟筆物理學》中，你能夠在屏幕上用手指或鼠標做畫，好比畫圓、三角形、矩形等，當你鬆開鼠標/拿開手指，線條就會變成立體物理對象（在虛擬世界中）。

這是怎麼作的？

事實上至關簡單，你要把鼠標/手指從開始到結束的繪畫路徑的各個座標點保存起來，當釋放事件發生，你就調用Box2D的一個根據這些點生成多邊形的功能：

local body = physics.body(POLYGON, unpack( points ) )

你得先認識一下Box2D中的有什麼形狀：

POLYGON（多邊形）：

用於封閉形狀如基本幾何圖形（非圓形），它使用一系列按各個API指定的順序排列的頂點（x,y）

CIRCLE（圓）：

能夠作球、水珠、星體，等等。

EDGE（邊）：

用於製做牆、地面、只有起點和終點的線段。

CHAIN（鏈）：

與邊相同，但你能夠閉合它（像多邊形但不是凸多邊形）或不閉合它(像邊但點超過2）

知道了剛體形狀（body shape）後，你還要了解它們的不一樣行爲，或叫做剛體類型（body types）：

STATIC（靜態）：如名稱所示，這種剛體會在指定的x,y（地面、牆、柱基或繩基，等等）上保持靜止不動。

DYNAMIC（動態）：它與其餘對象碰撞並移動

KINEMATIC（運動）：碰撞但不隨着動態對象移動，你只能經過改變它的x,y或者賦給它一個線性速度或對它施加力來使它移動。

真正的含義要在API的執行中理解，在本文中我使用這個是由於它是我能找到的最簡單的代碼了。但改變成任何語言的代碼都很是簡單，Box2D有幾乎全部的語言版本（Flash as三、c++、objc、java、javascript、java+processing，等等）。

你得保存那個功能的結果爲自定義變量如body.position（位置）、body.radius（半徑）、body.linearVelocity（線性速度）、body.angularVelocity（角速度）、body.mass（質量），等等。

當剛體制做出來時，你可能想給它定義一些屬性如restitution（恢復）、gravityScale（重力大小）和damping（衰減）等，這些屬性能夠賦給物理對象彈跳或漂浮狀態。

Box2D的複雜度固然不止這些，具備這種物理遊戲機制的其餘遊戲（《Magic Pen》）也比較復。在《Magic Pen》中，你能夠畫一些東西看起來像「node（節點）」的東西，但開發者叫它們「joint（關節）」，它們是用於鏈接剛體的，有若干種，取決於你想要的機制；還能夠用於製做鏈接着的剛體之間的行爲：

physics.joint（REVOLUTE，bodyA, bodyB,)

剛體圍繞着一個固定點（anchor）旋轉

例如：小車的車輪、《蠟筆物理學》和《Magic Pen》中的紅色節點

physics.joint( PRISMATIC, bodyA, bodyB, anchorA, direction )

在剛體各自的固定點之間保持固定距離。兩個joint之間的初始距離取決於虛擬空間中的這兩個固定點之間的初始距離。給joint設置frequency率和damping率可使它產生軟彈簧的行爲。

physics.joint（DISTANCE, bodyA, bodyB, anchorA, anchorB )

旋轉joint迫使兩個剛體沿着某兩個固定點之間的軸做運動。容許伸縮運動，但限制兩個剛體之間的相對旋轉。

physics.joint( WELD, bodyA, bodyB, anchor )

接合joint限制兩個剛體之間的運動和相對旋轉，實際上使它們變成一個剛體。由於求解器的迭代性質，當置於壓力之下時接合joint可能會變形；當承受的力太大或幾個接合joint被連接成一個更大的對象時，接合joint可能會徹底失效。

physics.joint( ROPE, bodyA, bodyB, anchorA, anchorB, maxLength )

繩子joint限制兩個剛體之間的最大距離

例如：《割繩子》中的繩子

概述：

1）建立：帶有觸點剛體或盒子或任何其餘多邊形幾何體（一組2D點：x,y），給它設置咱們須要的物理屬性（如《Thomas was alone》中的不一樣行爲），好比，若是剛體是static類型，那麼就能夠設置它的質量、密度、重力大小，等等。

2）可選屬性：依附（attach）到另外一個剛體上，好比說，你能夠把一個剛體依附到另外一個被設置爲傳感器的static剛體（不影響遊戲世界的物理，但有碰撞事件），而後激活REVOLUTE joint的enableMotor（能動）屬性，這還須要motorSpeed（速度）、maxMotorTorque（轉矩）和maxMotorForce（力量），才能肯定這個對象的旋轉狀況。

3）美術（Visual Art）：有了剛體後，若是你想繪製它，不是做爲形狀繪製出來，而是具備顏色或紋理的實體，你就要把這些點三角化生成多邊形網格模型(mesh)並給它設置顏色和貼材質。

例子：

Box2D_POLYGONS(from gamasutra)

thomas Was Alone Boxes(from gamasutra)

對於《Thomas Was Alone》中的盒子的行爲，你能夠設置一個簡單的「juice」系統動畫（從「中間幀」演化來的），這樣，當你選擇方塊並按下跳躍鍵（或它與其餘不一樣的物理剛體發生碰撞），它就會觸發「juice command= animation」命令——產生擠壓、搖晃等動畫效果，各個動做都有本身的動畫參數，好比質量、線性速度和衰減等物理屬性。

box Examples(from gamasutra)

對於《憤怒的小鳥》，你能夠經過給盒子定義不一樣的屬性來製做一個關卡，繪製不一樣的子畫面或製做不一樣材質的mesh，這樣，在碰撞事件中，盒子剛體就會更加生動，經過改變盒子的紋理使之與當前狀態更加協調（斷掉的木頭、快碎的玻璃，等）。

你能夠用簡單的剛體applyForce(vec2(x,y)) 函數作出小鳥的發射。各類小鳥也都有本身的質量、衰減等屬性……

二、水體

《Where is my water?》、《Sprinkle Ilsands》……

當你問網上的代碼達人，如何製做上述遊戲那樣的水體物理時，他們會跟你談Metaball（變形球）:

Metaball_contact_sheet(from gamasutra)

但在遊戲中使用Metaball技術既麻煩也不容易，並且要進行大量計算，除非你發現一些技巧和給它貼上一些美術材質。

那就是爲何運用水體物理學的遊戲並很少見。幾個月前我談到這個問題，多虧了許多人的幫助，我獲得了一個很棒的水體物理模型。在那個模型中，我用Box2D lib中的CIRCLE剛體作出動態球。

模型的代碼很容易理解，球就是物理剛體，這些剛體具備使它產生水滴行爲的參數如estitution（復原）、friction（摩擦）、damping（衰減）、linear velocity（線性速度），而後，咱們用着色器（GLSL）的技術和材質繪製這些球，須要一個mesh，就像波紋fx或使用材質的其餘GLSL着色器樣本，咱們把這個mesh的寬和高設爲整個屏幕，從中間開始：

mesh:addRect(WIDTH / 2, HEIGHT / 2, WIDTH, HEIGHT)

這樣，咱們可使用各個球的位置(x,y)在虛擬空間中繪製它們，各個球都有漸變的紋理效果。

for k,b in ipairs(balls) do sprite(ballTexture, b.x, b.y) end

而後，你得使用額外的扭曲模式，給這些着色的球添加材質，並與背景混合。

例子：

Box2D_water Physics(from gamasutra)

正如我所說的，各個球都有紋理（程序生成的漸變），能夠與其餘使用低級過濾器的球材質相融合。

where is my water(from gamasutra)

《Where is my water?》

你能夠對各類行爲使用不一樣的層，或者把全部液體或全部動態地形作成同一層來作出相同的水體fx，而後在着色器中改變過濾值和顏色（水體、岩漿，等等）。

舉一個碰撞的例子，當兩個剛體發生碰撞時，你必須查看碰撞的bodyA和bodyB是什麼類型的剛體，若是一個是氣體（gravityScale/mass/density值其實是0，因此它會飄浮）而另外一個是「冰」，那麼你就把這個球變成水……

再舉一個例子，若是bodyA是岩漿，那麼bodyB就變成氣體……就像改變球的屬性同樣簡單，因此它會改變在box2d中響應，你要從新繪製遊戲狀態。

地形的例子：

靜態地形能夠是一個POLYGON剛體，它是用一個讀取整個地形圖象和創建一系列非透明像素的x,y (vec2)的函數製做的，而後返回給box2d函數。

動態地形能夠只是一個mesh，當你碰它時，你會移除座標x,y上的觸點，你必須用新的mesh重製這個物理剛體。

例如，當一個水滴（物理剛體CIRCLE）濺到一隻鴨子（具備激活的傳感器的物體剛體），你必須刪除那個水滴，並改變鴨子的動畫，使新狀態呈現，直到它徹底被水充滿，而後刪除鴨子並記錄結果。

水滴有很小的痕跡，這些是用linearVelocity和angularVelocity屬性繪製的，你能夠獲得方向和速度，這樣你就能夠計算痕跡的角度和距離。

事實上，你想要什麼行爲都有。

sprinkle_islands_boss(from gamasutra)

在《Sprinkle Ilsands》中，水體着色器跟咱們所學習的那個是不一樣的，它除了使用粒子fx，還多了linearVelocity屬性。但行爲可能仍是同樣的，當水球（剛體CIRCLE）擊中火傳感器，那麼火就會熄滅，海里的水mesh也同樣。至於岩石，你能夠添加一些細節如顆粒效果等。

在這一面，咱們找不到任何joint，那就是爲何它可能沒必要要，在《Sprinkle Ilsands》，軟管就是繩子，這是咱們在下一面中要分析的。

三、橡皮筋

《Contre Jour》、《割繩子》、《水果忍者》

我花了一個月時間才作出上述遊戲的繩子原型，但我作完繩子後，我就以爲軟剛體很容易作了，由於我更加理解接頭了。

要製做一個逼真的繩子，你得建立一組剛體（CIRCLE或者POLYGON都行），把它們都依附在做爲基座的STATIC剛體上。用於結合這些繩子剛體的joint有兩種，DISTANCE或者REVOLUTE，但處於最末端（DYNAMIC）的鏈接基座（STATIC）的joint只能是製做彈力繩的ROPE joint。經過restitution 和frequency屬性來調整response（反應）/damping（衰減）/elasticity（彈性）。

例子：

Box2D_ElasticRopes(from gamasutra)

爲了製做一個軟剛體，你得圍繞另外一箇中心剛體（能夠是STATIC或DYNAMIC）製做一系列CIRCLE剛體，它固然會影響其餘剛體，若是你改變joint的類型，你會發現這個剛體會自動變形，你必須用mesh繪製整組剛體。

Contre-Jour(from gamasutra)

《Contre Jour》

在這款遊戲中，你能夠找到軟剛體：可變形的地形；兩種類型的繩子：彈性繩和固定繩。這些固定繩使用的技術比彈性繩的更高級。

snotDiagram(from gamasutra)

js Rope Segmented(from gamasutra)

《割繩子》

cut-the-rope(from gamasutra)

這是Box2d物理作繩子的最佳案例。遊戲中的繩子也是動態的，你能夠看到沿着基座到球的mesh，球的一端是連着糖果的。

你能夠像上一個例子同樣作出這種繩子，設置球（糖果）的物理屬性—-mass、density、gravityScale，能夠作出泡泡效果。你能夠用多層混合模式繪製出泡泡。另外一種方法是把剛體變成傳感器，而且你本身的重力算法移動它，但咱們到第五面時才學習這種技術。

若是泡泡-剛體-球與青蛙或蜘蛛碰撞，或者玩家觸擊到泡泡，泡泡就會爆炸，爲此你要給泡泡添加爆炸動畫並再次改變糖果的物理屬性……

案例代碼：

if (vec2:distance( bFrog_Mouth,  bCandy ) < maxDistance) then

– 把青蛙的動畫從「空閒」改成「吃」

– 暫停輸入

– 補間並觸發遊戲結束動畫

end

四、重力

在這一面，咱們能夠發現許多使用力來對抗重力的遊戲，但這是一種遊戲玩法。例如，你能夠根據box2d的正弦函數生成簡單的地形，它會返回鏈或邊形狀的STATIC剛體。

tiny wings 2(from gamasutra)

你能夠用Box2d作出你本身的《Tiny Wings》。基本原理就是，球（CIRCLE剛體）在重力的做用下下落，你能夠經過觸擊屏幕增長下落的linearVelocity（線性速度），當觸擊在山丘合適的部分（你能夠查看你的正弦函數的高度）釋放時，下落速度會增長……另外一種方法是隻使用力。

例子：

Box2D_JumpRun(from gamasutra)

爲了繪製循環，給拾取、發熱狀態等添加顆粒效果。材質能夠用程序成生隨機顏色圖像作出來，用高斯噪聲添加細節、邊界，等等……

Jetpack-Joyride(from gamasutra)

《Jetpack Joyride》

你能夠看出這款遊戲的特徵嗎？若是你已經讀過前面的例子了，那麼你應該知道角色剛體球有相同的行爲，你必定是用力對抗重力、各個飛行器的不一樣物理屬性、導彈和各類交通工具，等等。

《Madcoaster》、《Rocket Chicken》、《Whale Trail》等遊戲都是同樣的。

但這個面還有其餘機制，如行星物理、引力。

你可使用簡單的公式來模擬零重力physics.gravity(0,0)，行量的吸引力以下圖所示：

Box2D_Forces_Gravity(from gamasutra)

function Planet:attract(m) – Direction of the force local force = self.body.position – m.body.position local d     = force:len() — = m.body.position:dist(self.body.position) force = force:normalize() local dir   = vec2(self.mass/m.body.mass, self.mass/m.body.mass)

– Magnitude of the force local strength = (GRAVITY * self.mass * m.body.mass)/(d*d) force = force * strength m.body:applyForce(force)

stroke((1+math.floor(force.y))*110, (1+math.floor(force.x))*110, 10, 255)

– draw line between attractor/mover line(m.body.x+force.x, m.body.y+force.y, (self.body.x), (self.body.y)) end

這個函數會使角色球繞着行星轉。

五、線面

《拯救種子》、《蠟筆物理學》……

只有線：經過繪製線條，你能夠作出形狀類CHAIN的剛體和剛體類STATIC或DYNAMIC。

對於關卡設計，障礙物也是STATIC，能夠是EDGE或POLYGON……

saving-seeds-hd-doodle-physics-screenshot(from gamasutra)

用那種結構，你能夠複製出一款像《拯救種子》同樣的遊戲。

Box2D_Lines(from gamasutra)

代碼和第一面的是同樣的，但你必須改變遊戲的規則，你要從暫停的物理引擎開始，而後繪製和生成CHAIN靜止形狀，當玩家按下開始鍵時，遊戲必須生成玩家的球（以及恢復、重力、質量等參數），從新開啓物理引擎，只要一個指令（physics.pause() and physics.resume()）就能完成了。

它只留在遊戲循環中，用於確認碰撞和線性速率、改變遊戲狀態……

你能夠經過打開或關閉重力，來改變整個遊戲的現實，就像《Thomas was alone》或《ibb and obb》那樣。

六、交通工具

《小輪車冒險》、《爬山賽車》

若是你已經看到這裏了，那麼作一款關於瘋狂交通工具的遊戲吧。

作交通工做，只要把接頭和輪子想成CIRCLE剛體，用錨點正確的旋轉接頭把POLYGON（小車、自行車等的形狀）和它們鏈接起來。

用帶紋理的mesh繪製自行車/小車的主要剛體、車輪的子畫面，除非你使用軟剛體作這些，不然添加痕跡、顆粒fx等。

代碼生成的例子：

Box2D_BezierRampage(from gamasutra)

對於道路，使用一些噪點或正弦，能夠是STATIC或DYNAMIC，你可使用Bezier曲線。

code example(from gamasutra)

《小輪車冒險》

我會知道這款遊戲和它的物理，多虧看了某人的一篇文章。

但文章做者沒有提到任何有關Box2D的東西，但我猜這款遊戲就是使用了Cocos2d（和Corona SDK）。不管如何，你如今知道怎麼製做交通工具和橫衝直撞的效果了。

在《Canvas Rider》中，有兩種自行車模型，你能夠在遊戲中改變，你會發現自行車的剛體是一個容許必定damping的接頭結構，當你改變自行車時，這個動態剛體就被破壞了，而後遊戲就生成新的自行車類型。

另外，你在遊戲中的自行車能夠觸到的線是靜態CHAIN，當你設計道路時，鼠標觸擊的是x，y……像咱們以前作的那樣。

以上。但願你能用Box2D作出一些成果。

固然，使用Box2D，經過不一樣的方法制做的遊戲還有不少，但它們可能綜合使用了上述幾種，例如，《時空幻境》、《超級食肉男孩》等，用能夠用合適的剛體、機制和着色器製做出來。