chipmunk 物理引擎的基本概念和基本用法

Posted 2020-09-28 decode126

chipmunk是一个开源2D物理引擎，

项目主页：http://code.google.com/p/chipmunk-physics/ 

工作需要研究了一下，这个引擎的资料还是不多，我阅读了所有的文档，7个demo，和一个教学程序，得出如下一些理解。

一，基本概念

space: 发生物理模拟的空间，可容纳body, shape，joint

body:刚体，可被赋予shape。刚体具有质量，转动惯量，位置，线性速度，加速度，角度，角速度，角加速度等属性。刚体之间可通过joint连接

shape:决定刚体的碰撞外形。一个刚体上可覆盖上多个shape,同属于一个刚体的shape不会互相发生碰撞。shape同样需要加到space中。有圆，线段，凸多边形这三种shape类型。

 

joint: 用于连接刚体。有4种类型：

pin joint: 相当于一根棍子（质量忽略）加两个大头针(锚点)，两个刚体如果用pin joint连接，他们之间的距离不会改变，他们各自可绕锚点转动（如果有力矩的话）
slide joint: 相当于把pin joint的棍子换成了滑槽。这个滑槽有最大和最小长度。
pivot joint: 即一个旋转轴。两个刚体都绕这个轴旋转
groove joint:相当于可滑动的pivot joint。将刚体2的旋转轴挂到处于刚体1的一段滑槽上。

坐标系：demo里都使用的是2d笛卡尔坐标系。猜想对于2d游戏如果使用屏幕坐标系应该也可以（只是y反了）。或者在绘制2d sprite的时候自己转换一下坐标吧，应该更清楚些。
单位：引擎没有指定，最好使用国际单位制如kg,m,s，保持单位一致很重要

二，基本用法
0）初始化chipmunk引擎，调用cpInitChipmunk()  -- 现在已经不需要这个函数！！
1）构建sapce，使用cpSpaceNew()
2) 构建一个static body,作为关卡的物理环境。这个body不需要加入到space中，否则会受重力作用。但这个body的shape需要加入到space中，用作碰撞检测。
staticBody = cpBodyNew(INFINITY, INFINITY); //生成static body,一般一个场景有一个够了
shape = cpSegmentShapeNew(staticBody, cpv(-320,-240), cpv(-320,240), 0.0f);//在static body上生成一个线段shape，也可以使用圆和多边形
cpSpaceAddStaticShape(space, shape);//将这个shape加入到space中
3）生成刚体body,和static body类似，只是使用cpBodyNew，另外需要使用cpSpaceAddBody(space, body);将body加入到space中。例子：
cpVect verts[] = {
cpv(-15,-7),
cpv(-15, 7),
cpv( 15, 7),
cpv( 15,-7),
};

cpBody *body = cpBodyNew(1.0, cpMomentForPoly(1.0, num, verts, cpv(0,0)));//第二个参数是转动惯量，一般用这个函数计算就可以了
body->p = cpv(x, y);//可设置body的位置
cpSpaceAddBody(space, body);//body要加入space中
cpShape *shape = cpPolyShapeNew(body, num, verts, cpv(0,0));
shape->e = 0.0; shape->u = 1.0;
cpSpaceAddShape(space, shape);//shape要加入space中
4） 加入joint:每个joint都是对于两个body的。使用cpPivotJointNew之类的方法加入joint,然后还要使用cpSpaceAddJoint将joint加入到space中
5）进行物理模拟计算：
其 实只要调用cpSpaceStep(space, dt);就可以了。如果使用了外力，比如cpDampedSpring这样的方法，就要先清除一下body上的力和力矩，使用 cpBodyResetForces，另外如果需要提高精度，可以将dt分为几个step。例子：
void demo7_update(int ticks)
{
int steps = 3;
cpFloat dt = 1.0/60.0/(cpFloat)steps;

for(int i=0; i
cpBodyResetForces(chassis);
cpBodyResetForces(wheel1);
cpBodyResetForces(wheel2);
cpDampedSpring(chassis, wheel1, cpv(40, 15), cpvzero, 50.0f, 150.0f, 10.0f, dt);
cpDampedSpring(chassis, wheel2, cpv(-40, 15), cpvzero, 50.0f, 150.0f, 10.0f, dt);

cpSpaceStep(space, dt);
}
}

6）释放对象
这样就可以全部释放：
cpSpaceFreeChildren(space); //释放所有加入到space中的body, shape, joint
cpSpaceFree(space);
cpBodyFree(staticBody);//静态body没有加入space需要单独释放

三，碰撞回调
物理引擎本身会让物体在碰撞后产生“正确”的反应。但是你还是可以让碰撞时调用自己的方法，甚至取消掉碰撞。
使用：cpSpaceAddCollisionPairFunc(space, 1, 0, &collFunc, &some_value);

static int
collFunc(cpShape *a, cpShape *b, cpContact *contacts, int numContacts, cpFloat normal_coef, void *data)
{
int *some_ptr = (int *)data;

// Do various things with the contact information. 
// Make particle effects, estimate the impact damage from the relative velocities, etc.
// for(int i=0; i
// printf("Collision at %s. (%d - %d) %d\n", cpvstr(contacts[i].p), a->collision_type, b->collision_type, *some_ptr);

// Returning 0 will cause the collision to be discarded. This allows you to do conditional collisions.
return 1;
}

四，速度函数
body->velocity_func = apply_buoyancy;//设定了一个自定义的速度计算函数
这个函数给刚体加入了水面的浮力(demo6)。
// Apply an approximate bouyancy and drag force to an object.
static void
apply_buoyancy(cpBody *body, cpVect gravity, cpFloat damping, cpFloat dt)
{
int numx = 20;
int numy = 4;

float stepx = (float)WIDTH/(float)numx;
float stepy = (float)HEIGHT/(float)numy;

cpBodyResetForces(body);//先清除力和力矩

for(int x=0; x
for(int y=0; y
cpVect p_sample = cpv((x + 0.5)*stepx - WIDTH/2, (y + 0.5)*stepy - HEIGHT/2);
cpVect p = cpBodyLocal2World(body, p_sample);
cpVect r = cpvsub(p, body->p);

if(p.y < 0){
cpVect v = cpvadd(body->v, cpvmult(cpvperp(r), body->w));
cpVect f_damp = cpvmult(v, -0.0003*cpvlength(v));
cpVect f = cpvadd(cpv(0, 2.0), f_damp);//计算浮力
cpBodyApplyForce(body, f, r);//将力作用上
}
}
}

cpBodyUpdateVelocity(body, gravity, damping, dt);//默认的应该只有这句吧，作用上重力和阻力。
}

五，其他
可以加上冲量：