Android游戏开发十日通（8）- Box2D的例子和学习小结

提要

       今天要学习的是cocos2dx中的Box2d物理引擎。

       Box2D是一款开元的C++编写的物理引擎，起初是用于Flash的游戏开发中，随后推出了C++版本，其开发和升级工作一直非常活跃，几乎成了2D游戏产品的必备物理引擎。Box2D引擎为开发者提供了一个二维刚体的物理模拟库，借助Box2D的强大功能，游戏中的动画可以更加真实，让游戏世界更具交互性。

      Box2D物理引擎所创建的物理引擎具有下面的三个特点：

1.物理世界存在一个重力场；

2.物理世界可以是一个存在边界的范围（有碰撞效果）；

3.在世界中加入静态和动态的物体，符合现实的运动规律；

       今天要学习的内容还是以实例为主。有不会的细节留言或者自行google。

最简单的Box2D的例子

      先看最终效果

      

这个例子的实现思路如下：

1.定义物理世界，定义地面；

2.响应触控操作，在点击的位置创建一个物理世界中的正方块，并用debugdraw显示；

3.将带纹理的精灵和物理世界中的正方块相连接；

关于DebugDraw

当开发者使用物理引擎开发时，需要将物理世界绘制出来，但是我们都知道物理引擎中只存在碰撞检测和物理模拟，没有任何绘制功能，为了方便调试，就加入了调试绘图功能，这个绘图都是一些先狂，并不能作为游戏的画面，只是为了方便开发者，看到物体世界的样子。

利用DebugDraw，开发者可以轻易地看到物体的形状，关节，用于连续碰撞的核心形状，AABB包围盒，接触，质心。

         还是按前面两篇教程那样创建工程，然后将cocos2d-x-2.2/samples/Cpp/TestCpp/Classes/Box2DTestBed/GLES-Render.h和cocos2d-x-2.2/samples/Cpp/TestCpp/Classes/Box2DTestBed/GLES-Render.cpp复制到工程的Classes文件夹中，修改pro.linux 的MakeFile和pro.android 的Android.mk，将文件包含进去，接下来是具体的代码实现。

HelloWorld.h

#ifndef __HELLOWORLD_SCENE_H__ #define __HELLOWORLD_SCENE_H__  #include "cocos2d.h" #include "Box2D/Box2D.h" #include "GLES-Render.h"  using namespace cocos2d;  class HelloWorld : public cocos2d::CCLayer {  private:     b2World *world;     GLESDebugDraw * m_debugDraw;     CCTexture2D* m_pSpriteTexture;  public:     HelloWorld();     ~HelloWorld();      // Here's a difference. Method 'init' in cocos2d-x returns bool, instead of returning 'id' in cocos2d-iphone     virtual bool init();        void initPhysics();     virtual void draw();      void addNewSpriteAtPosition(CCPoint p);     void update(float dt);     virtual void ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event);      // there's no 'id' in cpp, so we recommend returning the class instance pointer     static cocos2d::CCScene* scene();          // a selector callback     void menuCloseCallback(CCObject* pSender);          // implement the "static node()" method manually     CREATE_FUNC(HelloWorld); };  #endif // __HELLOWORLD_SCENE_H__ 

        private成员里面，world是一个b2World，Box2D程序都是从创建一个b2World对象开始的。b2World就像一个管理内存，物体以及模拟的物理枢纽。你可以在堆，栈或者数据段上创建物理世界。m_debugDraw用于调试绘制，m_pSpriteTexture是一个2d纹理，在绘制Spirit的时候会用到。

       public的函数里面，有三个函数要注意，update是更新物体的位置，ccTouchesEnded是在触控结束，也就是手指离开屏幕时触发。addNewSpiriteAtPosition是在某个点添加一个Spirite。函数实现如下：

HelloWorld.cpp

#include "HelloWorldScene.h"  USING_NS_CC;  #define PTM_RATIO 32 enum {     kTagParentNode = 1, };  HelloWorld::HelloWorld() {     setTouchEnabled( true );     setAccelerometerEnabled( true );     this->initPhysics();     m_pSpriteTexture = CCTextureCache::sharedTextureCache()->addImage("blocks.png");     scheduleUpdate();  }  HelloWorld::~HelloWorld() {     CC_SAFE_DELETE(world);     world = NULL;     delete m_debugDraw; }  CCScene* HelloWorld::scene() {     // 'scene' is an autorelease object     CCScene *scene = CCScene::create();          // 'layer' is an autorelease object     HelloWorld *layer = HelloWorld::create();      // add layer as a child to scene     scene->addChild(layer);      // return the scene     return scene; }    // on "init" you need to initialize your instance bool HelloWorld::init() {     //////////////////////////////     // 1. super init first     if ( !CCLayer::init() )     {         return false;     }          CCSize visibleSize = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleSize();     CCPoint origin = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleOrigin();      /////////////////////////////     // 2. add a menu item with "X" image, which is clicked to quit the program     //    you may modify it.      // add a "close" icon to exit the progress. it's an autorelease object     CCMenuItemImage *pCloseItem = CCMenuItemImage::create(                 "CloseNormal.png",                 "CloseSelected.png",                 this,                 menu_selector(HelloWorld::menuCloseCallback));          pCloseItem->setPosition(ccp(origin.x + visibleSize.width - pCloseItem->getContentSize().width/2 ,                                 origin.y + pCloseItem->getContentSize().height/2));      // create menu, it's an autorelease object     CCMenu* pMenu = CCMenu::create(pCloseItem, NULL);     pMenu->setPosition(CCPointZero);     this->addChild(pMenu, 1);      /////////////////////////////     // 3. add your codes below...      // add a label shows "Hello World"     // create and initialize a label          CCLabelTTF* pLabel = CCLabelTTF::create("Box2d Test", "Arial", 24);          // position the label on the center of the screen     pLabel->setPosition(ccp(origin.x + visibleSize.width/2,                             origin.y + visibleSize.height - pLabel->getContentSize().height));      // add the label as a child to this layer     this->addChild(pLabel, 1);       setTouchEnabled( true );     setAccelerometerEnabled( true );      // init physics     this->initPhysics();      return true; }  void HelloWorld::initPhysics() {     CCLOG("Init physics!");     b2Vec2 gravity;     gravity.Set(0.0f, -10.0f);     world = new b2World(gravity);      // Do we want to let bodies sleep?     world->SetAllowSleeping(true);     world->SetContinuousPhysics(true);      m_debugDraw = new GLESDebugDraw( PTM_RATIO );     world->SetDebugDraw(m_debugDraw);      uint32 flags = 0;     flags += b2Draw::e_shapeBit;     m_debugDraw->SetFlags(flags);      // Define the ground body.     b2BodyDef groundBodyDef;     groundBodyDef.position.Set(0, 0); // bottom-left corner     CCSize screenSize = CCDirector::sharedDirector()->getVisibleSize();     // Call the body factory which allocates memory for the ground body     // from a pool and creates the ground box shape (also from a pool).     // The body is also added to the world.     b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);      // Define the ground box shape.     b2PolygonShape groundBox;     groundBox.SetAsBox(screenSize.width, 1.0f);     groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0.0f); }  void HelloWorld::menuCloseCallback(CCObject* pSender) { #if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WINRT) || (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WP8)     CCMessageBox("You pressed the close button. Windows Store Apps do not implement a close button.","Alert"); #else     CCDirector::sharedDirector()->end(); #if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_IOS)     exit(0); #endif #endif }  void HelloWorld::update(float dt) {     int velocityIterations = 8;     int positionIterations = 1;     world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);      for (b2Body* b = world->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())     {         if (b->GetUserData() != NULL) {             CCSprite* myActor = (CCSprite*)b->GetUserData();   //获取精灵             myActor->setPosition( CCPointMake( b->GetPosition().x * PTM_RATIO, b->GetPosition().y * PTM_RATIO) );             myActor->setRotation( -1 * CC_RADIANS_TO_DEGREES(b->GetAngle()) );         }     } }  void HelloWorld::draw() {     // This is only for debug purposes     // It is recommend to disable it     CCLayer::draw();     ccGLEnableVertexAttribs( kCCVertexAttribFlag_Position );     kmGLPushMatrix();     world->DrawDebugData();     kmGLPopMatrix(); }  void HelloWorld::ccTouchesEnded(CCSet* touches, CCEvent* event) {     //Add a new body/atlas sprite at the touched location     CCSetIterator it;     CCTouch* touch;      for( it = touches->begin(); it != touches->end(); it++)     {         touch = (CCTouch*)(*it);         if(!touch)             break;         CCPoint location = touch->getLocation();         addNewSpriteAtPosition( location );     } }  void HelloWorld::addNewSpriteAtPosition(CCPoint p) {     CCLOG("Add sprite %0.2f x %02.f",p.x,p.y);     // Define the dynamic body.     //Set up a 1m squared box in the physics world     b2BodyDef bodyDef;     bodyDef.type = b2_dynamicBody;     bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);     b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);      // Define another box shape for our dynamic body.     b2PolygonShape dynamicBox;     dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box      // Define the dynamic body fixture.     b2FixtureDef fixtureDef;     fixtureDef.shape = &dynamicBox;     fixtureDef.density = 1.0f;     fixtureDef.friction = 0.3f;     body->CreateFixture(&fixtureDef);  //    //We have a 64x64 sprite sheet with 4 different 32x32 images.  The following code is //    //just randomly picking one of the images     int idx = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     int idy = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(m_pSpriteTexture,CCRectMake(32 * idx,32 * idy,32,32));     this->addChild(sprite,1);     body->SetUserData(sprite); } 

具体解析下addNewSpiriteAtPosition。

 CCLOG("Add sprite %0.2f x %02.f",p.x,p.y);

在eclipse终端打印log显示添加spirit的位置。

    b2BodyDef bodyDef;     bodyDef.type = b2_dynamicBody;     bodyDef.position.Set(p.x/PTM_RATIO, p.y/PTM_RATIO);     b2Body *body = world->CreateBody(&bodyDef);

        创建一个刚体。首先需要b2BodyDef 刚体的定义（包含着刚体的坐标，刚体的类型：动态），而创造一个刚体需要世界来创造。
        这里说一下world里的坐标，world是个相对来说比较真实的世界，这个世界里刚体用的参数是MKS ，也就是说米/千克/秒 ，而我们精灵用到的是像素，要相互转换，这里的PTM_RATIO也就是代表32个像素是一米，

    // Define another box shape for our dynamic body.     b2PolygonShape dynamicBox;     dynamicBox.SetAsBox(.5f, .5f);//These are mid points for our 1m box      // Define the dynamic body fixture.     b2FixtureDef fixtureDef;     fixtureDef.shape = &dynamicBox;     fixtureDef.density = 1.0f;     fixtureDef.friction = 0.3f;     body->CreateFixture(&fixtureDef);

          定义一个四边形，设置它的物理参数。

    int idx = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     int idy = (CCRANDOM_0_1() > .5 ? 0:1);     CCSprite *sprite = CCSprite::createWithTexture(m_pSpriteTexture,CCRectMake(32 * idx,32 * idy,32,32));     this->addChild(sprite,1);

        通过纹理创造一个物体（注意不说刚体），idx和idy随机选择0.5和1,因为纹理是64*64的，而正方形是32*32的，需要再屏幕上体现出来，得创造一个精灵，因为刚体并不能具象的在屏幕上表示。

body->SetUserData(sprite);

将刚体和sprite连接起来。

还要注意一下Update里面的一句：

    int velocityIterations = 8;     int positionIterations = 1;     world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);

         执行一个时间步。这个操作中会执行碰撞检测(collision detection)、集成(integration)、求解约束(constraint solution)。
timeStep 模拟的时间量，这不应该是一个变化的量。
velocityIterations 速度的约束求解量。
positionIterations 位置的约束求解量。

Box2D的物理世界通常包括这样几个对象
world：一个物理世界，所有的刚体都将存在在这个世界里面，这个世界以米为距离单位。尽量贴近真实世界的度量。
body：刚体，存在在物理世界的理想物体，比任何物体都硬，不会发生形变。body对应着一个bodyDef（刚体定义），刚体定义指定了刚体的类型（动态、静态、轨迹运动的）和刚体的位置，world通过刚体定义创建刚体。
fixture：刚体修饰物，描述刚体的一些特征。fixture对应着fixtureDef（修饰物定义），它将形状绑定到刚体上，使刚体具有一些表现特征，如密度、摩擦系数、弹性等等。body通过fixtureDef创建fixture。
shape：一个几何形状，比如圆和多边形。形状是修饰物fixture的一个属性，描述了刚体的碰撞边界。

解释一下b2World, b2Body, b2BodyDef, b2Fixture, b2FixtureDef, shpae之间的关系
1.b2World通过b2BodyDef创建b2Body，没有b2BodyDef，b2Body不知道是什么类型，放在世界什么位置。
2.b2Body通过b2FixtureDef创建b2Fixture，没有b2Fixture，b2Body不知道是什么形状，摩擦、弹性、密度都不知道。shpae提供了碰撞检测的外边框。

学习小节

参考

学习 Box2D 个人笔记（二）b2body  - http://blog.csdn.net/adrianous/article/details/8435156

Cocos2d-x游戏开发技术精解

Cocos2d-x by Example Beginner's Guide