10.4 在Cocos2d-x中使用Box2d
在Cocos2d-x中使用Box2d有两个要点，第一点是在Cocos2d-x中完成物理引擎的初始化和更新，第二点是将Cocos2d-x的渲染和Box2D的物理模拟结合起来。本节将由浅入深地介绍Box2d在Cocos2d-x中的应用，将物理引擎嵌入Cocos2d-x框架中，从对象物理模拟和Cocos2d-x渲染，到碰撞监听的回调，再到安全地删除刚体，释放物理世界。
10.4.1 物理世界
首先需要有一个场景，将这个场景作为我们的物理世界，所以这个场景需要完成第一个任务，即在onEnter或init的时候，初始化物理世界，设置好重力。
b2Vec2 gravity;
gravity.Set(0.0f, -10.0f);
m_World = new b2World(gravity);
m_World->SetAllowSleeping(true);
m_World->SetContinuousPhysics(true);
在每一帧的update中，都要执行物理世界的更新，这只是很简单的几行代码。
int velocityIterations = 8;
int positionIterations = 1;
m_World->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
创建World，更新World，放在场景中是没有问题的，但是假设把这些物理相关的东西，封装到一个物理管理器里面作为一个单例，在Cocos2d-x中使用会更好一些。这样做的好处是，把物理框架从场景分离开，使物理框架的功能更独立一些，清晰一些，整体的耦合性小一些。并且在很多地方，可能需要使用物理引擎来做一些东西。假如需要先找到场景节点，然后获取它的World，那么这样做会使整体的耦合度变得很高，而如果封装到单例里面，这些操作就会变得“优雅”很多。
class CPhysicsManager
{
private:
CPhysicsManager(void);
virtual ~CPhysicsManager(void);
public:
static CPhysicsManager* getInstance();
//在一场游戏结束之后应该调用
static void destory();
//更新物理世界
void update(float dt);
inline bool isLocked()
{
if (NULL == m_World)
{
return false;
}
return m_World->IsLocked();
}
//获取世界
inline b2World* getWorld()
{
return m_World;
}
private:
static CPhysicsManager* m_Instance;
b2World* m_World;
CPhysicsListener* m_ContactListener;
};
笔者是这样设计这个单例的，这个单例会负责维护两项，一个是我们的物理世界，在构造函数中初始化物理世界，另外一个是我们自定义的碰撞监听器，在绝大部分情况下总是需要它的。在构造函数中会初始化物理世界，而update()函数将会驱动物理世界的Step进行模拟。
CPhysicsManager::CPhysicsManager(void)
{
//创建碰撞监听器
m_ContactListener = new CPhysicsListener();
//初始化物理世界
b2Vec2 gravity;
gravity.Set(0.0f, -10.0f);
m_World = new b2World(gravity);
//设置碰撞监听器
m_World->SetContactListener(m_ContactListener);
//允许刚体睡眠
m_World->SetAllowSleeping(true);
//激活连续碰撞检测
m_World->SetContinuousPhysics(true);
}
最后在游戏场景初始化的时候，调用单例的初始化函数，在游戏场景退出的时候，调用单例的销毁函数，因为当玩家退回到主界面的时候，物理世界不应该继续模拟了，而当玩家进入游戏的时候，物理世界必须是一个新的世界，不能使用上一个关卡所遗留的数据来模拟。当然，需要在游戏场景节点的update()函数中调用CPhysicsManager的update，这里没有说释放，但应在析构函数中，把new出来的CPhysicsListener和b2World释放掉。
接下来还需要创建场景的边界，用一个包围盒把场景框住，在设置和Box2d相关的大小变量时，一般都要除以一个PTM_RATIO常量，这个常量一般是32，表示像素和物理单位米的比例，因为在设置物体大小的时候，按照现实世界的比例来设置是比较好的，假设没有这个参数，那就会变成1像素=1米，在大多数情况下，32像素=1米的比例能够更好地工作。当然这只是一个比例问题。让显示对象缩小到1/32或其他比例以适应物理对象，或者让物理对象放大32倍来适应显示对象，关键的地方在于物理对象的大小和显示对象的大小是否相等。
//定义包围盒
b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(0, 0); //bottom-left corner
//调用世界工厂的方法创建刚体
b2Body* groundBody = m_World->CreateBody(&groundBodyDef);
//定义包围盒的形状
b2EdgeShape groundBox;
//设置包围盒的底部
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftBottom().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightBottom().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//设置包围盒的顶部
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftTop().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightTop().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//设置包围盒的左边
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::leftTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftTop().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::leftBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::leftBottom().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
//设置包围盒的右边
groundBox.Set(b2Vec2(VisibleRect::rightBottom().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightBottom().y/PTM_RATIO),
b2Vec2(VisibleRect::rightTop().x/PTM_RATIO,
VisibleRect::rightTop().y/PTM_RATIO));
groundBody->CreateFixture(&groundBox,0);
我们能且只能通过World的create()方法来创建刚体，如果直接用new或者malloc来创建刚体，那么创建的刚体将不在这个世界之内，也不会和物理世界有任何交集。上面创建包围盒的代码，应该写在场景中，因为这并不属于物理框架的内容，物理框架不会知道，创建的这个场景的地形长什么样的，有多大。
10.4.2 物理Sprite
接下来要添加场景内的东西了，主要是把显示对象Sprite和b2Body结合起来，双继承也许会是一个好主意，但可能存在比较多的争议，将b2Body作为Sprite的一个成员变量已经可以比较好地工作了，为什么是b2Body作为Sprite的成员变量，而不是反过来呢？首先，编码的时候可能会频繁用到Sprite里面的东西，但是b2Body可能很少问津。另外，当Body被销毁的时候，Sprite可能需要继续存在于场景中，对于Body，只是需要使用其物理特性而已。
首先需要有一个继承于Sprite的类，因为需要为其添加一些成员变量，一个b2Body指针，在onEnter的时候初始化这个指针，可以在onExit或者析构函数中释放它，继承于Sprite的类先管其叫CPhysicsObject，可以在init中初始化物理刚体，这块在描述不同的CPhysicsObject时，可以根据需要重写这部分的代码。下面的一小段代码只是用来介绍，在Cocos2d-x中创建刚体的过程，实际上CPhysicsObject应该作为一个纯粹的物理对象基类来使用，不应该在这里添加创建刚体的代码，应该由子类来完成这个任务。
b2BodyDef bodyDef;
bodyDef.type = b2_dynamicBody;
bodyDef.position.Set(getPositionX() / PTM_RATIO, getPositionY() / PTM_
RATIO);
m_Body = world->CreateBody(&bodyDef);
b2PolygonShape dynamicBox;
Size sz = getContentSize();
//根据精灵图片的大小以及像素和米的比例，来设置包围盒
dynamicBox.SetAsBox(sz.width * 0.5f / PTM_RATIO, sz.height * 0.5f / PTM_
RATIO);
//设置好动态刚体的属性，然后配置给Body
b2FixtureDef fixtureDef;
fixtureDef.shape = &dynamicBox;
fixtureDef.density = 1.0f;
fixtureDef.friction = 0.3f;
m_Body->CreateFixture(&fixtureDef);
在onExit()函数中，析构或者任何想要删除刚体的时候，需要调用下面的代码来释放。
void CPhysicsObject::onExit()
{
if (NULL ! = m_Body)
{
CPhysicsManager::getInstance()->getWorld()->DestroyBody(m_Body);
m_Body = NULL;
}
Sprite::onExit();
}
有了刚体之后，需要注意一件事情，就是不要再调用这个刚体的setPosition()方法来改变刚体的位置，如果要设置，需要同时更新m_Body的位置属性，强制设置位置会导致物理模拟出错。
另外还应该做一个事情，就是把m_Body的位置，旋转等属性同步到Sprite中。在Node中有一个nodeToParentTransform()函数，用于返回一个描述节点当前的旋转和位置的矩阵，在Node中是根据当前节点的位置、锚点，以及旋转来计算这个矩阵的，在这里用m_pBody的位置和旋转来计算。
AffineTransform CPhysicsObject::nodeToParentTransform(void)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::nodeToParentTransform();
}
b2Vec2 pos = m_Body->GetPosition();
float x = pos.x * PTM_RATIO;
float y = pos.y * PTM_RATIO;
if ( isIgnoreAnchorPointForPosition() ) {
x += m_tAnchorPointInPoints.x;
y += m_tAnchorPointInPoints.y;
}
//Make matrix
float radians = m_Body->GetAngle();
float c = cosf(radians);
float s = sinf(radians);
if( ! m_tAnchorPointInPoints.equals(CCPointZero) ){
x += ((c * -m_tAnchorPointInPoints.x * m_fScaleX) + (-s * -m_
tAnchorPointInPoints.y * m_fScaleY));
y += ((s * -m_tAnchorPointInPoints.x * m_fScaleX) + (c * -m_
tAnchorPointInPoints.y * m_fScaleY));
}
//Rot, Translate Matrix
m_tTransform = AffineTransformMake( c * m_fScaleX, s * m_fScaleX,
-s * m_fScaleY, c * m_fScaleY,
x, y );
return m_tTransform;
}
nodeToParentTransform()函数在对象需要被重绘的时候调用，Cocos2d-x根据isDirty虚函数的返回值，来决定是否重绘。正常情况下，当玩家的位置、大小、旋转发生改变的时候，nodeToParentTransform()函数就会返回true，而在使用了Box2d的情况下，CPhysicsObject应该在物体的运动状态下，返回true，而在静止状态下，返回false，可以直接返回body的IsAwake()函数，当刚体醒着的时候更新，当刚体静止下来的时候，停止更新。
bool CPhysicsObject::isDirty()
{
if (NULL ! = m_Body)
{
return m_Body->IsAwake();
}
return CCSprite::isDirty();
}
CPhysicsObject还需要重写一些接口，用于设置位置和旋转，因为在设置旋转和位置的时候，需要同步到物理世界，而在获取位置和旋转的时候，也需要从物理世界中获取。
const CCPoint& CPhysicsObject::getPosition()
{
if (NULL == m_Body)
{
return CCSprite::getPosition();
}
b2Vec2 pos = m_Body->GetPosition();
float x = pos.x * PTM_RATIO;
float y = pos.y * PTM_RATIO;
m_tPosition = ccp(x, y);
return m_tPosition;
}
void CPhysicsObject::setPosition(const CCPoint &pos)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::setPosition(pos);
}
float angle = m_Body->GetAngle();
m_Body->SetTransform(b2Vec2(pos.x / PTM_RATIO, pos.y / PTM_RATIO),
angle);
}
float CPhysicsObject::getRotation()
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::getRotation();
}
return CC_RADIANS_TO_DEGREES(m_Body->GetAngle());
}
void CPhysicsObject::setRotation(float fRotation)
{
if (NULL == m_Body)
{
return Sprite::setRotation(fRotation);
}
else
{
b2Vec2 p = m_Body->GetPosition();
float radians = CC_DEGREES_TO_RADIANS(fRotation);
m_Body->SetTransform(p, radians);
}
}
10.4.3 碰撞处理
现在我们有了一个物理场景，以及物理节点，这个带有物理属性的节点可以正常显示，那么接下来还需要一个碰撞监听器，虽然这不是必须的，但在每次碰撞发生的时候，告诉节点，被碰了一下或者说跟谁碰到一起了是非常有用的。例如，愤怒的小鸟游戏，玩家发射出去的小鸟，不同的小鸟碰到不同的障碍，效果是不一样的，普通小鸟碰到冰块时穿透力很低，而蓝色小鸟碰到冰块时会有非常强的穿透力。黑色小鸟碰到障碍时会直接爆炸。这些都是由碰撞触发的，从而根据碰撞信息进行相对应的处理。
class CPhysicsListener :
public b2ContactListener
{
public:
CPhysicsListener(void);
virtual ~CPhysicsListener(void);
//当两个对象互相碰撞
virtual void BeginContact(b2Contact* contact);
//当两个对象碰撞结束
virtual void EndContact(b2Contact* contact);
//当两个对象准备进行物理模拟之前调用
virtual void PreSolve(b2Contact* contact, const b2Manifold*
oldManifold);
//当两个对象完成了物理模拟之后调用
virtual void PostSolve(b2Contact* contact, const b2ContactImpulse*
impulse);
//处理每一帧的物理碰撞事件
void Execute();
private:
std::set<CPhysicsObject*> m_PhysicsObjets;
};
想要处理好物理碰撞，那么就需要一个碰撞监听器，碰撞监听器的实现很简单，先写一个空的碰撞监听器，这个碰撞监听器的关键在于，如何把碰撞消息传递给物理节点，这需要通过一个Body获得一个PhysicsObject，那么最好的方法就是，将这个PhysicsObject放到Body的UserData中。因此在碰撞监听器中，需要重写4个碰撞回调函数，而在我们的物理节点基类中，也需要对应4个接口，来接收这4种碰撞消息。例如下面的代码。
void CPhysicsListener::PreSolve(b2Contact* contact, const b2Manifold*
oldManifold)
{
//碰撞的第一个刚体如果是一个CPhysicObject（用userData判断），那么调用它的回调
CPhysicsObject* objA = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureA()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objA)
{
objA->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
//接下来判断第二个刚体
CPhysicsObject* objB = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureB()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objB)
{
objB->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
}
其他几个接口的实现与其类似，都是简单地转发消息，但需要注意的一点是，不要在这些回调函数中改变刚体，因为这会对物理模拟造成影响，特别是不要删除刚体，否则可能导致程序崩溃。假设需要在碰撞发生的时候改变刚体，那么可以在碰撞发生的时候记录状态，在物理模拟完成之后，再进行改变。同样，删除刚体，也是需要在物理模拟完成之后再进行删除。
假设需要在碰撞的时候改变刚体的属性，例如，让一个物体在被碰到的时候破碎，如玻璃杯，或者是碰到某个物体之后变重，如海绵碰到水，这种情况下可以在监听器中增加一个Execute()方法，在World的Step执行之前或之后来执行该方法，在该方法中，将调用这一帧，所有触发碰撞的对象的一个方法，来执行这些操作，包括删除刚体。
void CPhysicsManager::update(float dt)
{
//触发碰撞事件，交给监听者处理
m_ContactListener->Execute();
int velocityIterations = 8;
int positionIterations = 1;
m_World->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
}
在每次事件触发的时候，对上面的代码小小改动一下，将PhysicsObject添加到一个容器中，缓存起来。
CPhysicsObject* objA = reinterpret_cast<CPhysicsObject*>
(contact->GetFixtureA()
->GetBody()->GetUserData());
if (NULL ! = objA)
{
//添加到一个Set容器中
m_PhysicsObjets.insert(objA);
objA->beforeSimulate(contact, oldManifold);
}
然后在每一帧都会执行的Execute()方法中，遍历这一帧所有触发事件的对象，并调用它们的processOver()函数，在所有物理对象的processOver()函数中，可以根据当前的状态改变刚体或者销毁刚体。
for (set<CPhysicsObject*>::iterator iter = m_PhysicsObjets.begin(); iter ! =
m_PhysicsObjets.end(); ++iter)
{
CPhysicsObject* obj = *iter;
obj->processOver();
}
m_PhysicsObjets.clear();
这里面有一个陷阱，可能导致一个对象被销毁之后，仍然触发其碰撞监听。这是非常可怕的一件事情，意味着程序很可能因此而崩溃！那就是在销毁一个刚体的时候，假设这个刚体正和其他对象发生了接触，那么这个时候，会有一个在Step之外的EndContact回调被触发，这是合理的，但很容易被忽视，并且产生BUG。正常的流程如图10-2所示，在一个Step中完成所有的触发，而图10-3演示了需要多个Step才能处理完一次接触的情况。
图10-2 一次Step完成
图10-3 需要多次Step
要解决这个BUG其实很简单，就是在释放刚体之前，先把刚体的UserData设置为NULL，这样回调流程就无法触发到PhysicsObject里面了。假设你的代码期望收到这个EndContact回调，那么需要在processOver()函数里面把好关，防止因为重复的processOver()函数调用，导致重复释放的问题，并且需要管理好UserData的引用计数。