3D定点物理引擎实战系列之 BEPUphysicsint定点数3D物理引擎使用

ainatipen · 发表于 2022-6-29 09:12

上一节給大家介绍了BEPUphysicsint的一些基本的情况，这节课我们来介绍它的基本使用,本节主要从以下5个方面来介绍:

(1) 创建一个物理世界Space，并开启模拟迭代;

(2) 添加一个物理物体Entity到世界;

(3) 物理引擎的基本处理与操作使用;

(4) 添加静态的Mesh形状的物理物体;

(5) 处理物理事件;

对惹，这里有一个游戏开发交流小组，希望大家可以点击进来一起交流一下开发经验呀

创建一个物理世界

在游戏中使用BEPUphysicsint物理引擎,首先要创建一个物理世界Space(物理空间)。所有的物理的物体都加入到这个物理世界中统一的模拟与迭代。在游戏框架初始化的位置，我们来创建物理世界,代码很简单:
space = new Space();
世界创建出来后，物理的物体就有地方可以放了。世界创建后，需要模拟迭代物理计算，所以在游戏框架中的某个Update/FixedUpdate的地方来迭代物理世界,代码很简单，调用space的Update接口就可以了。如下:
space.Update();
这个代码被调用后，物理引擎就开始迭代计算里面的物理物体了。

物理世界里面的重力默认是(0, 0, 0), 我们可以通过接口来设置物理世界的重力,代码如下:
space.ForceUpdater.Gravity = new Vector3(0, -9.81f, 0);
创建物理Entity到物理世界

物理世界创建出来后，目前世界是空的，没有任何物理Enity，接下来就是往物理世界里面放一些物理的Entity。你可以创建各种不同的物理Entity类型包括有: 长方体(Box)、圆柱体(Cylinder)、球体(Sphere)、胶囊(Capsules)和其它可以在BepupPhysics中找到的实体类型。你可以右键”转到定义”去查看可以支持的类型来解决问题。

所有的物理Entity分为两种: Dynamic Entity与Kinematic Entity。Dynamic Entity按照物理的方式来进行运动模拟与迭代包括: 下落, 碰撞,反弹,滑动等。Kinematic Entity类似于动力学实体，但可以认为具有无限质量,除非明确的设置,否则不会因为任何的碰撞和相互作用力而改变物理的速度(大小+方向)。Kinematic Entity可以理解为是一个可以推动的物体，如果两个这样的物体相遇，那么他们会相互的穿越而过。

在构建Dynamic Entity与Kinematic Entity的时候，它们构建的区别就在最后一个参数, Dynamic Entity有物体质量mass,而Kinematic Entity没有质量。当Entity构建出来以后，也可以调用接口BecomeKinematic/BecomeDynamic 来改变Entity的类型。

Kinematic Entity可以在游戏中用于静态物体与结构形状物体(如:地形)，我们可以创建一个Box的Kinematic Entity,来作为我们的地面Ground,代码如下:

Box ground = new Box(Vector3.Zero, 30, 1, 30);

第一个参数是物理地面在物理世界space中的位置。后面三个参数分别为Box物体的长，高，宽。创建出来后，我们把地面加入到物理世界进行迭代模拟，代码如下:

space.Add(ground);

接下来我们再往地面上放一些Dynamic Entity,用来模拟动态的物体，代码如下:
space.Add(new Box(new Vector3(0, 4, 0), 1, 1, 1, 1)); space.Add(new Box(new Vector3(0, 8, 0), 1, 1, 1, 1)); space.Add(new Box(new Vector3(0, 12, 0), 1, 1, 1, 1));
由于Dynamic Entity必须要有质量mass,所以最后一个参数就是质量mass。当调用构造函数时，如果有质量就会把物理的Entity认为是Dynamic,否则就是Kinematic。

我们构建出来物理世界+物理Entity以后，我们的物理世界就会在重力等作用下迭代出当前物理世界最新的状态与变化。

物理引擎的基本处理与操作使用

我们创建出物理世界，往里面加入物体Entity后，物理世界迭代起来了，但是对于画面来说什么都看不见，接下来我们就是要同步。如何把物理引擎能和”图像视觉”同步呢？其实就是在Update里面，实时的把物理Entity里面的postion, rotation, scale同步到游戏物体中的Transform组件里面。获取物理Entity的位置代码如下:
Matrix worldMatrix = Transform * entity.WorldTransform;
这里要注意，物理的中心最好要与图像节点节点的中心保持一致，这样我们就可以获得Entity的Transform数据同步到wolrdMatrix。

当我们的图像同步做好以后，我们只要控制物理Entity,就能带动图像节点移动了，我们来看下如何給物理Entity一个线性速度代码如下:
toAdd.LinearVelocity = Entity.Forward * 10;
上面的代码为給物理Entity一个方向为forward,大小为10的线性速度,这样物理世界就会模拟迭代entiy变化，同时update同步給图像节点，这样图像节点就飞出去了。

Mesh形状的物理Entity

在很多物理Entity中,有一个比较特殊，叫做StaticMesh, 一般我们用来模拟复杂物理环境，它的本质就是根据3D物体的Mesh来创建一个物理Entity出来，形状和3D Mesh一样。代码如下:
Vector3[] vertices;int[] indices;ModelDataExtractor.GetVerticesAndIndicesFromModel(model, out vertices, out indices);var mesh = new StaticMesh(vertices, indices, new AffineTransform(new Vector3(0, -40, 0)));space.Add(mesh);
基于游戏引擎,编写一个ModelDataExtractor, 能从模型里面读出定点数据与面的索引，根据定点与面的索引，来创建出和Mesh形状一样的物理Entity。所以整合到Unity引擎的时候，我们只要编写对应的ModelDataExtractor功能既可以很方便的创建出来StaticMesh 物理Entity了。一般我们把StaticMesh用于部署复杂物理环境。

物理Entity的事件处理

游戏整合好物理引擎以后，接下来要面对的就是处理物理事件。物理事件包括了触发与碰撞。BEPUphsicsint的物理事件都可以在名字空间: BEPUphysics.Events中找到。为了监听到对应的事件，我们只需要在物理Entity上添加事件回调就可以了，比如，我们要添加InitialCollisionDetected事件,代码如下:
deleterBox.EventManager.InitialCollisionDetected += HandleCollision;
以上面的平面+Box为例，当一个Dynamic Box掉下来，碰到地面Kinematic后，我们就可以这样来写回调函数，代码如下:
void HandleCollision(EntityCollidable sender, Collidable other, CollidablePairHandler pair){ var otherEntityInformation = other as EntityCollidable; if (otherEntityInformation != null) { space.Remove(otherEntityInformation.Entity); Components.Remove((EntityModel)otherEntityInformation.Entity.Tag); }}
第一个参数sender就是碰撞实体,本例中就是deleterBox, 第二个参数other，于碰撞实体发生碰撞的其它物体信息。第三个参数pair, 记录了两个碰撞实体的碰撞信息,我们可以获取。

今天的BEPUphysicsint的基本使用和概念就分享到这里，关注我们，学习如果在Unity中构建基于确定性的3D物理引擎BEPUphysicsint。

下节预告: 基于BEPUphysicsint整合到Unity项目实战

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