[Cocos2D-x For WP8]Box2D物理引擎

    物理引擎經過爲剛性物體賦予真實的物理屬性的方式來計算運動、旋轉和碰撞反映。爲每一個遊戲使用物理引擎並非徹底必要的—簡單的「牛頓」物理（好比加速和減速）也能夠在必定程度上經過編程或編寫腳原本實現。然而，當遊戲須要比較複雜的物體碰撞、滾動、滑動或者彈跳的時候（好比賽車類遊戲或者保齡球遊戲），經過編程的方法就比較困難了。那麼着時候使用物理系統能夠爲遊戲帶來一些很明顯的優勢：

1）更加真實的對現實世界的模擬，以牛頓力學爲基礎的遊戲效果。

    a) 遊戲中的精靈們運動起來更真實：相互碰撞，自由下落等各類效果更加真實。

    b) 玩家操做起來隨機性增大，物理碰撞決定他操做的效果。遊戲體驗加強。

2） 系統化的碰撞處理機制。

    a)  碰撞算法最優化，提升同一場景中，大量碰撞的運算效率。

    b)  能夠處理複雜形狀的碰撞。

    c)  容許遊戲邏輯處理程序在最適合的時刻處理碰撞，實現最佳的遊戲體驗。

    Box2D是一個用於模擬2D剛體物體的C++引擎。Box2D是一個物理引擎，模擬一個真實的物理環境，上面有重力加速度，摩擦力，剛體能概念，在這個環境裏，只要定義好相應的剛體和重力，摩擦力等外部環境，他們就能夠本身處理碰撞。由於Box2D只是一個物理引擎，因此能夠用在不少不一樣的開發平臺和不一樣的遊戲引擎。那麼在Cocos2D-x裏面是支持Box2D的使用的。

    那麼在Box2D中有下面的一些概念，要對這些概念給理解了才能更好地去使用Box2D這個物理引擎去進行編程。

    1.世界：世界是遵循物理的空間，以上的全部都存在於世界中，能夠建立多個世界，但不多這樣用。

建立世界須要兩個步驟，一是生成重力向量，二是根據重力生成世界對象

//生成重力向量

b2Vec2 gravity;

gravity.Set(0.0f, -10.0f);

//生成世界對象

booldoSleep = true;

world = new b2World(gravity);

world->SetAllowSleeping(doSleep);

world->SetContinuousPhysics(true);

    2.剛體： 便是物理學中的質點，只有位置，沒有大小。

    它又能夠區分爲如下幾類1）靜態剛體：靜態剛體沒有質量，沒有速度，只能夠手動來改變他的位置；2）棱柱剛體：棱柱剛體沒有質量，可是能夠有速度，能夠本身更新位置；3）動態剛體：動態剛體有質量也有速度。

    物理引擎須要首先定義一個描述類，而後再根據描述類經過世界建立某個對象。建立剛體時須要有兩個步驟，一是生成一個剛體定義，二是根據剛體定義生成剛體。在剛體建立時定義中的信息會被複制，也就是說建立完成後剛體只要沒被釋放掉，就還能夠重複使用。

//定義剛體

b2BodyDef groundBodyDef;

groundBodyDef.position.Set(screenSize.width/2/PTM_RATIO, screenSize.height/2/PTM_RATIO);

//生成剛體

b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);

    3.形狀：經過關聯添加到剛體上，碰撞能夠根據形狀來斷定，具備摩擦和恢復等材料特性。

b2PolygonShape groundBox;

// bottom

groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, -screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0);

    4.關聯：是一種附加在剛體上的屬性，一個剛體能夠有多個關聯，建立關聯時，須要定義關聯的信息，而後經過剛體建立關聯，當關聯被建立時關聯定義中的信息也會被保留，也能夠重用

//定義並建立關聯

b2FixtureDef fixtureDef;

fixtureDef.shape = &dynamicBox;

fixtureDef.density = 1.0f;

fixtureDef.friction = 0.3f;

body->CreateFixture(&fixtureDef);

    5.連接：連接能夠聯繫多個缸體，使得剛體之間相互影響，一樣的，也須要首先定義信息，以後經過世界建立連接，一樣的，信息也能夠被保留，從而重用。另外連接還支持限制和馬達，限制就是限制物體運動的角度，馬達就是依照關節中的限制來約束物體連接有旋轉，棱柱和距離等

b2RevoluteJointDef rjd;

rjd.Initialize(m_attachment, m_platform, b2Vec2(0.0f, 5.0f));

rjd.maxMotorTorque = 50.0f;

rjd.enableMotor = true;

m_world->CreateJoint(&rjd);

    6.約束：一個約束就是消除物體自由度的物理鏈接。在 2D 中，一個物體有 3 個自由度。若是咱們把一個物體釘在牆上(像擺錘那樣)，那咱們就把它約束到了牆上。這樣，此物體就只能繞着這個釘子旋轉，因此這個約束消除了它 2 個自由度。還有一種不須你建立的接觸約束，一個防止剛體穿透，以及用於模擬摩擦和恢復的特殊約束。

    在WP8裏面使用Cocos2D-x裏面使用Box2D引擎咱們須要把Cocos2D-x封裝好的Box2D引擎庫引入到項目裏面。以下所示：

    而後咱們須要按照下面的步驟去在Cocos2D-x裏面進行編程：

（1）建立一個world對象，這個world對象管理物理仿真中的全部對象。

    一旦咱們已經建立了這個world對象，接下來須要往裏面加入一些body對象。body對象能夠隨意移動，能夠是怪物或者飛鏢什麼的，只要是參與碰撞的遊戲對象都要爲之建立一個相應的body對象。固然，也能夠建立一些靜態的body對象，用來表示遊戲中的臺階或者牆壁等不能夠移動的物體。

（2）建立body對象。

• 你首先建立一個body定義結構體，用以指定body的初始屬性，好比位置或者速度。
• 一旦建立好body結構體後，你就能夠調用world對象來建立一個body對象了。
• 而後，你爲body對象定義一個shape，用以指定你想要仿真的物體的幾何形狀。
• 接着建立一個fixture定義，同時設置以前建立好的shape爲fixture的一個屬性，而且設置其它的屬性，好比質量或者摩擦力。
• 最後，你可使用body對象來建立fixture對象，經過傳入一個fixture的定義結構就能夠了。
• 請注意，你能夠往單個body對象裏面添加不少個fixture對象。這個功能在你建立特別複雜的對象的時候很是有用。好比自行車，你可能要建立2個輪子，車身等等，這些fixture能夠用關節鏈接起來。

　　只要你把全部須要建立的body對象都建立好以後，box2d接下來就會接管工做，而且高效地進行物理仿真。

（3）運做物理引擎。

    週期性地調用world對象的step函數。通常會經過scheduleUpdate()方法，在遊戲每一幀發生的時候都調用一次update函數，而後再update函數裏面處理精靈的位置更新等。

示例代碼，當點擊屏幕的時候將會產生一個精靈往下面掉落下去：

class TestLayer : public cocos2d::CCLayer
{
protected:
    cocos2d::CCSprite* cat;

    b2World* world;
public:
    TestLayer(void);
    ~TestLayer(void);
    void addNewSpriteWithCoords(cocos2d::CCPoint p);
    void update(cocos2d::ccTime dt);
    virtual void ccTouchesEnded(cocos2d::CCSet* touches, cocos2d::CCEvent* event);
};

TestLayer::TestLayer()
{
    setTouchEnabled( true );

    CCSize screenSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();

    // 定義重力向量D
    b2Vec2 gravity;
    gravity.Set(0.0f, -10.0f);
    
    bool doSleep = true;

    // 經過重力構建生成世界
    world = new b2World(gravity);
    world->SetAllowSleeping(doSleep);
    world->SetContinuousPhysics(true);

    // 構建地面及牆壁，由於要構建一個空心的物體，所以咱們不能直接定義，而是分別定義長方體裏的四個邊。
    // box2d採起的現實世界的米做爲計量長度的單位，因此咱們要把咱們的像素級的長度單位轉換爲米的單位就要除以PTM_RATIO（定義32像素爲1米）。
    // #define PTM_RATIO 32
    b2BodyDef groundBodyDef;
    groundBodyDef.position.Set(screenSize.width/2/PTM_RATIO, screenSize.height/2/PTM_RATIO); // bottom-left corner
    
    //建立剛體並把剛體添加到世界上
    b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);

    // 定義剛體的形狀
    b2PolygonShape groundBox;
    // bottom
    groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, -screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0);
     groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0);
    
    // top
    groundBox.SetAsBox(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0, b2Vec2(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO), 0);
    groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0);

    // left
    groundBox.SetAsBox(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO, b2Vec2(-screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0), 0);
    groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0);

    // right
    groundBox.SetAsBox(0, screenSize.height/2/PTM_RATIO, b2Vec2(screenSize.width/2/PTM_RATIO, 0), 0);
    groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0);
    //Set up sprite
    //CCSpriteBatchNode 中的全部CCSprite只會被渲染1次，所以能夠提升遊戲的FPS
    CCSpriteBatchNode *mgr = CCSpriteBatchNode::create("cat.png", 150);
    addChild(mgr, 0, 1);
    
    addNewSpriteWithCoords( CCPointMake(screenSize.width/2, screenSize.height/2) );
    
    CCLabelTTF *label = CCLabelTTF::create("Tap screen", "Marker Felt", 32);
    addChild(label, 0);
    label->setColor( ccc3(0,0,255) );
    label->setPosition( CCPointMake( screenSize.width/2, screenSize.height-50) );
    //定時更新，每一幀都會調用一次update函數
    scheduleUpdate();
}

TestLayer::~TestLayer()
{
    delete world;
    world = NULL;
}

//在當前的位置來產生一個精靈
void TestLayer::addNewSpriteWithCoords(CCPoint p)
{
    //建立精靈放到SpriteBatchNode裏面
    CCSpriteBatchNode* batch = (CCSpriteBatchNode*)getChildByTag(1);
    CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(batch->getTexture());
    batch->addChild(sprite);
    //設置精靈的位置在當前的點擊位置上
    sprite->setPosition( CCPointMake( p.x, p.y) );

    //定義動態剛體，而後建立到世界上去
    b2BodyDef bodyDef;
    //使剛體可以在力的做用下運行，剛體有三種：靜態的、運動的、動態的
    bodyDef.type = b2_dynamicBody;
    //設置剛體的初始位置
    bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);
    //剛體所引用的數據就是咱們所生成的精靈
    bodyDef.userData = sprite;
    b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);
    
    //定義剛體的形狀 
    b2PolygonShape dynamicBox;
    dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box
    
    //定義剛體的紋理
    b2FixtureDef fixtureDef;
    //綁定形狀
    fixtureDef.shape = &dynamicBox;    
    //設置密度
    fixtureDef.density = 1.0f;
    //設置摩擦
    fixtureDef.friction = 0.3f;
    body->CreateFixture(&fixtureDef);
}


void TestLayer::update(ccTime dt)
{
    int velocityIterations = 8;
    int positionIterations = 1;

    //Box2d是經過按期調用step來更新動畫的，step的第一個參數是時間步，第二個參數是速度迭代次數，推薦8次，超過10次的基本看不出效果的提高，第三個參數是位置迭代
    world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
    
    //遍歷整個世界，找出對應精靈的剛體，進行位置更新
    for (b2Body* b = world->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())
    {
        if (b->GetUserData() != NULL) {
            //Synchronize the AtlasSprites position and rotation with the corresponding body
            CCSprite* myActor = (CCSprite*)b->GetUserData();
            myActor->setPosition( CCPointMake( b->GetPosition().x * PTM_RATIO, b->GetPosition().y * PTM_RATIO) );
            myActor->setRotation( -1 * CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle()) );
        }    
    }
}
//點擊屏幕事件
void TestLayer::ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event)
{
    //在點擊的位置上建立一個新的精靈Add a new body/atlas sprite at the touched location
    CCSetIterator it;
    CCTouch* touch;
    //循環獲取點擊的位置
    for( it = touches->begin(); it != touches->end(); it++) 
    {
        touch = (CCTouch*)(*it);

        if(!touch)
            break;

        CCPoint location = touch->getLocationInView();
        
        location = CCDirector::sharedDirector()->convertToGL(location);
        //在當前的位置來產生一個精靈
        addNewSpriteWithCoords( location );
    }
}

運行的效果：