[c3d/cocos]cocos 中刚体类型的区别
clq
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2023-10-17 18:40:25 发表
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关键字:
比较意外的是，这次讲解得最好的是官方文档。这点比 u3d 的文档强。
https://docs.cocos.com/creator/manual/zh/physics/physics-rigidbody.html
https://www.jianshu.com/p/0804991ccd6e
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两个文档结合起来看比较好。网友的一针见血有讲解了各自的应用方式。
而官方文档详细解释了这其中的疑问。
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Cocos Creator 3.7 刚体的类型
程序员小宋同学
IP属地: 新疆
2023.05.14 08:22:11
字数 1,774阅读 550
在 Cocos Creator 中，RigidBody（刚体）是用于控制节点上物理行为的组件。它有三种类型：DYNAMIC（动态）、STATIC（静态）和 KINEMATIC（运动学）。
1. DYNAMIC
DYNAMIC 类型的刚体表示物体可以在物理世界中自由移动，受到外部力和约束的影响，包括重力、摩擦力和碰撞等。这种类型的刚体通常用于游戏中动态交互的元素，例如跳跃的角色、移动的平台、掉落的物品等。
示例：
import { _decorator, Component, RigidBody, RigidBody2D, ERigidBody2DType } from 'cc';
const { ccclass, property } = _decorator;
@ccclass('DynamicBody')
export class DynamicBody extends Component {
onLoad() {
const rigidBody = this.node.getComponent(RigidBody);
rigidBody.type = RigidBody.Type.Dynamic;
}
}
2. STATIC
STATIC 类型的刚体表示物体在物理世保持静止，不受外部力和约束影响。这种类型的刚体通常用于游戏中静止元素，例如地面、墙壁、障碍物等。
示例：
import { _decorator, Component, RigidBody, RigidBody2D, ERigidBody2DType } from 'cc';
const { ccclass, property } = _decorator;
@ccclass('StaticBody')
export class StaticBody extends Component {
onLoad() {
const rigidBody = this.node.getComponent(RigidBody);
rigidBody.type = RigidBody.Type.Static;
}
}
3. KINEMATIC
KINEMATIC 类型的刚体表示物体在物理世界中可以手动控制其运动状态，不受外部力和约束影响，但可以与其他类型的刚体产生碰撞和反应。这种类型的刚体通常用于游戏中需要手动控制的元素，例如通过脚本控制的平台、电梯等。
示例：
import { _decorator, Component, RigidBody, RigidBody2D, ERigidBody2DType } from 'cc';
const { ccclass, property } = _decorator;
@ccclass('KinematicBody')
export class KinematicBody extends Component {
onLoad() {
const rigidBody = this.node.getComponent(RigidBody);
rigidBody.type = RigidBody.Type.Kinematic;
}
update(deltaTime: number) {
// 根据需要实现移动逻辑
const velocity = this.node.getComponent(RigidBody).getLinearVelocity();
velocity.x = 10;
this.node.getComponent(RigidBody).setLinearVelocity(velocity);
}
}
总结
DYNAMIC 类型的刚体能够自由移动并受到物理效应的影响； STATIC 类型的刚体保持静止，不受物理效应影响；而 KINEMATIC 类型的刚体可以手动控制，不受物理效应影响，但可以与其他类型的刚体产生碰撞和反应。
实际运用的例子
在 Cocos Creator 3.0 及以上版本中，RigidBody 是物理刚体组件，它用于表示游戏对象在物理世界中的存在。RigidBody 有三种类型：DYNAMIC、STATIC 和 KINEMATIC。下面我将为您解释这三种类型的实际运用例子。
DYNAMIC (动态刚体)
动态刚体是指受到物理引擎管理并受到重力、碰撞和其他力影响的游戏对象。它可以与其他动态刚体、静态刚体和运动学刚体发生碰撞和互动。
例子：在一个射击游戏中，子弹是一个动态刚体。当玩家射击时，子弹会受到重力的影响并沿着指定的轨迹移动。当子弹与其他游戏对象发生碰撞时，它们会互相施加力，导致它们的运动方式发生变化。
STATIC (静态刚体)
静态刚体是指始终保持固定位置和状态的游戏对象。它不受到重力、碰撞和其他力的影响，也不会改变它的速度或位置。然而，它可以与动态刚体和运动学刚体发生碰撞。
例子：在一个跑酷游戏中，墙壁和地面是静态刚体。它们始终保持固定的位置，不受到游戏中其他物体的影响。当玩家角色与墙壁或地面发生碰撞时，玩家角色的运动轨迹会受到影响，但墙壁和地面仍然保持不变。
KINEMATIC (运动学刚体)
运动学刚体是指通过代码控制其位置和速度变化的游戏对象。虽然它不受物理引擎的直接影响，但它可以与动态刚体和静态刚体发生碰撞。
例子：在一个平台游戏中，一个会自动上下移动的平台是一个运动学刚体。通过代码可以控制它的运动轨迹，使其在两个点之间来回移动。当玩家角色站在上面时，角色会跟随平台的移动而移动。与动态刚体或静态刚体碰撞时，运动学刚体不会改变其运动轨迹，但会影响其他物体的运动状态。
总结起来，在 Cocos Creator 3.0 及以上版本中，RigidBody 三种类型的实际运用例子如下：
动态刚体（DYNAMIC）主要用于受物理引擎管理并与其他物体互动的游戏对象，如子弹、角色等。
静态刚体（STATIC）主要用于始终保持固定位置和状态的游戏对象，如墙壁、地面等。
运动学刚体（KINEMATIC）主要用于通过代码控制其位置和速度变化的游戏对象，如自动移动的平台等。
台球的 RigidBody 类型为什么是 DYNAMIC，而不是 KINEMATIC？
在 Cocos Creator 中，RigidBody 组件有三种类型：STATIC、DYNAMIC 和 KINEMATIC。这三种类型分别有不同的特点，选择不同类型的 RigidBody 会导致物体的运动行为受到不同的控制：
STATIC：静态刚体。静态刚体不会根据物理系统进行自动移动，也不会受到力的影响。它通常用于创建不会移动的环境物体，如台球桌周围的墙壁或者台球洞。
DYNAMIC：动态刚体。动态刚体会受到力的影响并根据物理系统自动移动，具有质量、速度、摩擦力等物理特性。动态刚体在碰撞后会自动更改速度和角速度。
KINEMATIC：运动刚体。运动刚体与动态刚体类似，但不会受到力的影响。它的运动行为需要通过脚本手动控制。这种类型的刚体通常适用于需要精确控制、不受物理影响的对象，如可移动平台、电梯等。
在创建台球游戏时，台球的 RigidBody 类型选择 DYNAMIC 而不是 KINEMATIC 的原因如下：
自然物理反应：台球在进行碰撞和移动时，需要模拟现实世界中的质量、速度、摩擦力、旋转等物理属性。使用动态刚体可以轻松实现自然的运动行为和碰撞反应，无需通过脚本自行计算。
自动碰撞处理：选择动态刚体后，物理系统会自动处理台球之间的碰撞和弹性，这会让游戏表现得更加真实自然。
外力作用：在游戏中，玩家需要击打台球来改变它的移动方向和速度。使用动态刚体后，可以通过施加力或设置线性速度来实现这一效果，无需自己编写复杂的碰撞和运动控制逻辑。
总之，在创建台球游戏时，选择台球的 RigidBody 类型为 DYNAMIC 可以让游戏更加真实、自然，减少自行实现物理逻辑的复杂性，提高开发效率。而 KINEMATIC 类型更适用于那些需要精确控制、不受物理影响的游戏对象。
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刚体组件
刚体是组成物理世界的基本对象，它可以使游戏对象的运动方式受物理控制。例如：刚体可以使游戏对象受重力影响做自由下落，也可以在力和扭矩的作用下，让游戏对象模拟真实世界的物理现象。
添加刚体
通过编辑器添加
点击 属性检查器 下方的 添加组件 -> Physics -> RigidBody，即可添加刚体组件到节点上。
add-rigidbody-in-inspector
程序化添加/获取
import { RigidBody } from 'cc'
// 添加刚体
const rigidbody = this.node.addComponent(RigidBody);
// 获取刚体
const rigidBody = this.node.getComponent(RigidBody);
刚体的 API 接口请参考 Class RigidBody。
什么情况下需要添加刚体
配置碰撞分组并让其生效。
物体需要具备运动学或动力学行为。
注意：物体需要具备完全物理特性的前提条件物体同时具备 刚体 和 碰撞体，并调整好其质心位置和碰撞体的形状。
刚体属性
rigidbody
属性 说明
Group 刚体分组
Type 刚体类型。
DYNAMIC：动力学
STATIC：静态
KINEMATIC：运动学
注意：碰撞体间定义碰撞发生的可能性是通过刚体的 Group 属性，而非 Node 的 Layer 属性。
以下属性仅在 Type 设为 DYNAMIC 时生效：
属性 说明
Mass 刚体质量，该值需大于 0
AllowSleep 是否允许自动休眠
LinearDamping 线性阻尼，用于衰减线性速度，值越大，衰减越快
AngularDamping 角阻尼，用于衰减角速度，值越大，衰减越快
UseGravity 是否使用重力
LinerFactor 线性因子，用于缩放每个轴方向上的物理数值（速度和力）
AngularFactor 角因子，用于缩放每个轴方向上的物理数值（速度和力）
刚体组件接口请参考 RigidBody API。
刚体类型
目前刚体类型包括 DYNAMIC、KINEMATIC 和 STATIC。
rigidbody-type
STATIC：静态刚体。可以是手动设置刚体类型的游戏对象，也可以是具有碰撞体而没有刚体的游戏对象。如果一个节点默认只添加了碰撞器而没有添加刚体，那么这个节点可以认为默认使用的是 静态刚体。静态刚体在大多数情况下用于一些始终停留在一个地方，不会轻易移动的游戏物体，例如：建筑物。若物体需要持续运动，应设置为 KINEMATIC 类型。静态刚体与其他物体发生碰撞时，不会产生物理行为，因此，也不会移动。
DYNAMIC：动力学刚体。刚体碰撞完全由物理引擎模拟，可以通过 力的作用 运动物体（需要保证质量大于 0）。例如：斯诺克游戏击球后，母球滚动与其他球撞击；
KINEMATIC：运动学刚体。具有碰撞体和运动刚体，可以直接通过移动刚体对象的变换属性，但不会像动力学刚体一样响应力和碰撞，通常用于表达电梯这类平台运动的物体。它与静态刚体类似，不同的地方在于移动的运动刚体会对其他对象施加摩擦力，并在接触时唤醒其他刚体。
示例：通过一个简单的物理模拟说明各种类型刚体所具有的表现。下图方块中白色用了静态刚体，蓝色用了运动学刚体，黄色用了动力学刚体。其中白色和蓝色都是操控的变换信息，很明显的看出几个表现：
白色和蓝色之间会出现穿透现象。
白色的静态物体也可以运动。
两个黄色方块表现不同，白色上方的静止不动，蓝色上方的会跟随着运动。
physics-type
以上现象的原因是：
静态刚体和运动学刚体都不会受到力的作用，所以产生了穿透，这是正常现象。
静态物体的确是可以运动的，静态是指在时空中，每一个时刻都是静态，不会考虑其它时刻的状态。
与静态物体不同，运动学物体会根据附近时刻估算出运动状态（比如速度），又由于摩擦力的作用，因此带动了黄色方块。
刚体质心
在默认情况下，刚体的质心和模型的原点是一致的。
下图演示了当模型原点不一致时，质心位置的变化：
Centroid
这里用一个示例来说明如何调整碰撞的质心：
新建一个空的节点 Node 并添加下图所示的组件：
add comp
在 Node 的子节点下添加一个胶囊体，如下图所示：
add capsule
调整 cc.CapsuleCollider 的 Center 为下图所示，则此时胶囊体的质心则在胶囊体的底部：
result
通过下图可观察到当质心不一致时的运动表现，右边的胶囊体质心位于胶囊体的底部，左边的胶囊体质心位于物体的中心。
result
控制刚体
让刚体运动起来
针对不同的类型，让刚体运动的方式不同：
对于静态刚体（STATIC），应当尽可能保持物体静止，但仍然可以通过变换（位置、旋转等）来改变物体的位置。
对于运动学刚体（KINEMATIC），应当通过改变变换（位置、旋转等）使其运动。
对于动力学（DYNAMIC）刚体，需要改变其速度，有以下几种方式：
通过重力
刚体组件提供了 UseGravity 属性，需要使用重力时候，需将 UseGravity 属性设置为 true。
通过施加力
刚体组件提供了 applyForce 接口，根据牛顿第二定律，可对刚体某点上施加力来改变物体的原有状态。
import { math } from 'cc'
rigidBody.applyForce(new math.Vec3(200, 0, 0));
通过施加扭矩
刚体组件提供了 applyTorque 接口，可用于改变刚体的角速度。
rigidBody.applyTorque(new math.Vec3(200, 0, 0));
通过施加冲量
刚体组件提供了 applyImpulse 接口，施加冲量到刚体上的一个点，根据动量定理，将立即改变刚体的线性速度。 如果冲量施加到的点在力方向上的延长线不过刚体的质心，那么将产生一个非零扭矩并影响刚体的角速度。
rigidBody.applyImpulse(new math.Vec3(5, 0, 0));
通过改变速度
刚体组件提供了 setLinearVelocity 接口，可用于改变线性速度。
rigidBody.setLinearVelocity(new math.Vec3(5, 0, 0));
刚体组件提供了 setAngularVelocity 接口，可用于改变旋转速度。
rigidBody.setAngularVelocity(new math.Vec3(5, 0, 0));
限制刚体的运动
通过休眠
休眠刚体时，会将刚体所有的力和速度清空，使刚体停下来。
if (rigidBody.isAwake) {
rigidBody.sleep();
}
唤醒刚体时，刚体的力和速度将会恢复。
if (rigidBody.isSleeping) {
rigidBody.wakeUp();
}
注意：执行部分接口，例如施加力或冲量、改变速度、分组和掩码会尝试唤醒刚体。
通过阻尼
刚体组件提供了 linearDamping 线性阻尼和 angularDamping 旋转阻尼属性，可以通过 linearDamping 和 angularDamping 方法对其获取或设置。
阻尼参数的范围建议在 0 到 1 之间，0 意味着没有阻尼，1 意味着满阻尼。
if (rigidBody) {
rigidBody.linearDamping = 0.5;
let linearDamping = rigidBody.linearDamping;
rigidBody.angularDamping = 0.5;
let angularDamping = rigidBody.angularDamping;
}
通过因子
刚体组件提供了 linearFactor 线性速度因子和 angularFactor 旋转速度因子属性，可以通过 linearFactor 和 angularFactor 方法对其获取或设置。
因子是 Vec3 的类型，相应分量的数值用于缩放相应轴向的速度变化，默认值都为 1，表示缩放为 1 倍，即无缩放。
if (rigidBody) {
rigidBody.linearFactor = new math.Vec3(0, 0.5, 0);
let linearFactor = rigidBody.linearFactor;
rigidBody.angularFactor = new math.Vec3(0, 0.5, 0);
let angularFactor = rigidBody.angularFactor;
}
注意：
将因子某分量值设置为 0，可以固定某个轴向的移动或旋转。
在使用 cannon.js 或 Bullet (ammo.js) 物理引擎情况下，因子作用的物理量不同，使用 cannon.js 时作用于速度，使用 Bullet (ammo.js) 时作用于力。
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