(转载)BOX2D V2.3.0 用户手册中文版(第10章)-世界类

た入场券 2022-05-29 07:15 57阅读 0赞

# Chapter 10 世界类 #

## 关于 ##

b2World类包含物体和关节。它管理着模拟的方方面面，并允许异步查询(例如AABB查询和光线投射)。 你与Box2D的大部分交互都将通过 b2World 对象来完成。

## 创建和摧毁世界 ##

创建world十分的简单。你只需提供一个重力矢量，和一个布尔量去指定物体是否可以休眠。 通常你会使用new和delete去创建和摧毁一个world。

b2World* myWorld = new b2World(gravity, doSleep);
    ... do stuff ...
    delete myWorld;

## 使用世界 ##

world类含有用于创建和摧毁物体与关节的工厂函数,，这些工厂函数已在物体和关节的章节中讨论过。 在这里我们讨论b2World的其它交互。

## 模拟 ##

世界类用于驱动模拟。你需要指定一个时间步和一个速度及位置的迭代次数。例如：

float32 timeStep = 1.0f / 60.f;
    int32 velocityIterations = 10;
    int32 positionIterations = 8;
    myWorld->Step(timeStep, velocityIterations, positionIterations);

在时间步完成之后，你可以调查物体和关节的信息。最经常的情况是你会获取物体的位置，这样你才能更新你的角色并渲染它们。你可以在游戏循环的任何地方执行时间步，但你应该注意事情发生的先后顺序。例如，如果你想要在一帧(frame)中得到新物体的碰撞结果，你必须在时间步之前创建物体。  
正如之前我在 HelloWorld 教程中说明的，你需要使用一个固定的时间步。使用大一些的时间步你可以在低帧率的情况下提升性能。但通常情况下你应该使用一个不大于1/30秒的时间步。1/60 的时间步通常会呈现一个高质量的模拟。  
迭代次数控制了约束求解器会遍历多少次世界中的接触以及关节。更多的迭代总能产生更好的模拟，但不要使用小频率大迭代数。60Hz和10次迭代远好于30Hz和20次迭代。  
时间步之后，你应该清除任何施加到物体之上的力。使用b2World::ClearForces命令可以完成。这会让你在多个子步中使用相同的力。

myWorld->ClearForces();

## 探测世界 ##

世界是物体、接触和关节的容器。你可以获取世界中所有物体、接触和关节并遍历它们。例如，这段代码会唤醒世界中的所有物体：

for (b2Body* b = myWorld->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())
    {
        b->SetAwake(true);
    }

不幸的是，真实的程序可能很复杂。例如，下面的代码是有错误的：

for (b2Body* b = myWorld->GetBodyList(); b; b = b->GetNext())
    {
        GameActor* myActor = (GameActor*)b->GetUserData();
        if (myActor->IsDead())
        {
            myWorld->DestroyBody(b); // ERROR: now GetNext returns garbage.
        }
    }

在物体摧毁之前一切都很顺利。一旦物体摧毁了, 它的next指针就变得非法。所以 b2Body::GetNext() 就会返回无用信息。 解决方法是在物体摧毁之前拷贝next指针。

这能安全地摧毁当前物体。然而，你可能想要调用一个游戏的函数来摧毁多个物体，这时你需要十分小心。 解决方案取决于具体应用，但为求方便，在此我给出一种解决这问题的方法。

b2Body* node = myWorld->GetBodyList();
    while (node)
    {
        b2Body* b = node;
        node = node->GetNext();
    
        GameActor* myActor = (GameActor*)b->GetUserData();
        if (myActor->IsDead())
        {
            bool otherBodiesDestroyed = GameCrazyBodyDestroyer(b);
            if (otherBodiesDestroyed)
            {
                node = myWorld->GetBodyList();
            }
        }
    }

很明显要保证这个能正确工作, GameCrazyBodyDestroyer对它都摧毁了什么必须要诚实。

## AABB查询 ##

有时你需要得出一个区域内的所有fixture。b2World类为此使用了broad-phase数据结构，并提供了一个 log(N) 的快速方法。你提供一个世界坐标的AABB和b2QueryCallback的一个实现。只要fixture的AABB和需查询的AABB有重 合，world类就会调用你的b2QueryCallback类。返回true表示要继续查询，否则就返回false。例如，下面的代码找到所有大致与指 定AABB相交的fixtures并唤醒所有关联的物体。

class MyQueryCallback : public b2QueryCallback
    {
    public:
        bool ReportFixture(b2Fixture* fixture)
        {
            b2Body* body = fixture->GetBody();
            body->SetAwake(true);
    
            // Return true to continue the query.
            return true;
        }
    };
    
    ...
    
    MyQueryCallback callback;
    b2AABB aabb;
    aabb.lowerBound.Set(-1.0f, -1.0f);
    aabb.upperBound.Set(1.0f, 1.0f);
    myWorld->Query(&callback, aabb);

你不能假定回调函数会以固定的顺序执行。

## 光线投射 ##

你可以使用光线投射去做现场(line-of-site)检查，开枪扫射等等。通过实现一个回调类，并提供一个开始点和结束点，你就可以执行光线投射。只要fixture被光线穿过，world就会调用你提供的类。回调时会传递fixture，交点，单位法向量，和光线通过的分数距离(fractional distance along the ray)。你不能假定回调会以固定的顺序执行。  
通过返回fraction， 你可以控制光线投射是否继续执行。返回的fraction为0，表示应该结束光线投射。fraction为1，表示投射应该继续执行，并且没有和其它形状 相交。如果你返回参数列表中传进来的fraction，表示光线会被裁剪到当前的和形状的相交点。这样通过返回适当的fraction值，你可以投射任何形状，投射所有形状，或者只投射最接近的形状。  
另外你可以返回fraction为-1，去过滤fixture。这样光线投射会继续执行，并表现得似乎fixture根本就存在。  
这里是个例子：

// This class captures the closest hit shape.
    class MyRayCastCallback : public b2RayCastCallback
    {
    public:
        MyRayCastCallback()
        {
            m_fixture = NULL;
        }
    
        float32 ReportFixture(b2Fixture* fixture, const b2Vec2& point,
                            const b2Vec2& normal, float32 fraction)
        {
            m_fixture = fixture;
            m_point = point;
            m_normal = normal;
            m_fraction = fraction;
            return fraction;
        }
    
        b2Fixture* m_fixture;
        b2Vec2 m_point;
        b2Vec2 m_normal;
        float32 m_fraction;
    };
    
    MyRayCastCallback callback;
    b2Vec2 point1(-1.0f, 0.0f);
    b2Vec2 point2(3.0f, 1.0f);
    myWorld->RayCast(&callback, point1, point2);

> **注意**  
> 由于舍入误差，光线投射可能会通过在静态环境中的多边形之间的细小裂缝。如果这不是您的应用程序中的可接受的，请稍微扩大您的多边形。

void SetLinearVelocity(const b2Vec2& v);
    b2Vec2 GetLinearVelocity() const;
    void SetAngularVelocity(float32 omega);
    float32 GetAngularVelocity() const;

## 力与冲量 ##

你可以将力、扭矩和冲量应用到物体上。当应用一个力或者冲量时，你需要提供一个在世界坐标下的受力点。这经常导致相对于质心，会有个扭矩。

void ApplyForce(const b2Vec2& force, const b2Vec2& point);
    void ApplyTorque(float32 torque);
    void ApplyLinearImpulse(const b2Vec2& impulse, const b2Vec2& point);
    void ApplyAngularImpulse(float32 impulse);

应用力、扭矩或冲量会唤醒物体。有时这是不合需求的。例如，你可能想要应用一个固定的力，并允许物体休眠来提升性能。这时，你可以使用这样的代码：

if (myBody->IsAwake() == true)
    {
        myBody->ApplyForce(myForce, myPoint);
    }

## 坐标转换 ##

body类包含一些工具函数，它们可以帮助你在局部和世界坐标系之间转换点和向量。如果你不了解这些概念，请看 Jim Van Verth 和 Lars Bishop 的“游戏和交互应用的数学基础(Essential Mathematics for Games and Interactive Applications)”。这些函数都很高效(当内联时)。

b2Vec2 GetWorldPoint(const b2Vec2& localPoint);
    b2Vec2 GetWorldVector(const b2Vec2& localVector);
    b2Vec2 GetLocalPoint(const b2Vec2& worldPoint);
    b2Vec2 GetLocalVector(const b2Vec2& worldVector);

## 列表 ##

你可以遍历一个物体的fixture, 主要用途是帮助你访问fixture中的用户数据。

for (b2Fixture* f = body->GetFixtureList(); f; f = f->GetNext())
    {
        MyFixtureData* data = (MyFixtureData*)f->GetUserData();
        ... do something with data ...
    }

你也可以用类似的方法遍历物体的关节列表。  
body也提供了访问相关contact的列表。你可以用来得到当前contact的信息。但使用时请小心，因为前一个时间步存在的contact，可能并不包含在当前列表中。