6、物理系统

Cocos Creator 的物理系统提供了高效的组件化工作流程和便捷的使用方法。目前支持刚体、碰撞组件、触发和碰撞事件、物理材质、射线检测等等特性。

物理引擎

物理引擎主要包含以下四种：

可以在（项目 - 项目设置 - 功能裁剪）中设置项目使用的物理引擎，若不需要用到任何物理相关的组件和接口，可以取消物理系统选项的勾选，使游戏的包体更小。

主要针对各类小游戏平台和原生平台，并对使用 Bullet 和 PhysX 物理时的性能进行了对比：

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物理系统配置

物理系统模块（PhysicsSystem）用于管理整个物理系统，负责同步物理元素、触发物理事件和调度物理世界的迭代。

有两种办法可以配置物理系统，一种是在编辑器中配置，另一种是通过代码配置。

通过物理配置面板

通过（项目设置 - 物理配置）对物理系统进行相关配置。

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属性 说明
Gravity X 重力矢量，设置 x 分量上的重力值
Gravity Y 重力矢量，设置 y 分量上的重力值
Gravity Z 重力矢量，设置 z 分量上的重力值
AllowSleep 是否允许系统进入休眠状态，默认值 true
SleepThreshold 进入休眠的默认速度临界值，默认值 0.1，最小值 0
AutoSimulation 是否开启自动模拟, 默认值 true
FixedTimeStep 每步模拟消耗的固定时间，默认值 1/60，最小值 0
MaxSubSteps 每步模拟的最大子步数，默认值 1，最小值 0
Friction 摩擦系数，默认值 0.5
RollingFriction 滚动摩擦系数，默认值 0.1
SpinningFriction 自旋摩擦系数，默认值 0.1
Restitution 弹性系数，默认值 0.1
CollisionMatrix 碰撞矩阵，仅用于初始化

程序化配置

程序化配置目前可以通过直接访问 PhysicsSystem.instance 对物理系统进行配置。部分代码示例如下：

import { _decorator, Component, Node, Vec3, PhysicsSystem } from 'cc';
const { ccclass, property } = _decorator;
@ccclass('Example')
export class Example extends Component {
    start () {
        PhysicsSystem.instance.enable = true;
        PhysicsSystem.instance.gravity = new Vec3(0, -10, 0);
        PhysicsSystem.instance.allowSleep = false;
    }
}

碰撞矩阵

碰撞矩阵是分组和掩码功能的进一步封装，它用于初始化物理元素的分组和掩码。

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碰撞矩阵默认情况下只有一个 DEFAULT 分组，新建分组默认不与其它组碰撞。

点击 + 按钮可以新增分组。新增分组的 Index 和 Name 均为必填。

如上图就是飞机大战的碰撞矩阵

index 1的意思就是：self_plane：玩家飞机可以与enemy_plane、enemy_bullet发生碰撞

配置完成碰撞矩阵之后，就可以对需要产生碰撞的对象添加 刚体（RigidBody） 组件，设置碰撞分组 Group。

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通常，在游戏开发中，需要在碰撞发生前设置好可碰撞分组，在碰撞发生时处理相关的逻辑。在 Cocos Creator 中，所有的碰撞数据获取到的是数值，这样不利于开发过程中的判断。因此，可以通过定义分组对象或者枚举的形式，清晰的知道每一串数字的意义。

// 常量
export class Constant {

    public static CollisionType = {
        self_plane: 1 << 1,
        enemy_plane: 1 << 2,
        self_bullet: 1 << 3,
        enemy_bullet: 1 << 4
    }
   
}

掩码

可以理解为，可以与当前组件发生碰撞的组件实际二进制值，根据上图的配置，Cocos Creator 会将数据解析为以下值：

通过程序设置

// 获取分组
const rigid = this.node.getComponent(RigidBody);
// 设置掩码，等价于 rigid.setGroup(1 << 1) 或 rigid.setGroup(1)
rigid.setGroup(Constant.CollisionType.self_plane);
// 获取分组，二进制值
const group = rigid.getGroup();



// 如果当前分组并未在碰撞矩阵中定义，也可以动态添加
const group = 1 << 7;
const rigid = this.getComponent(RigidBody);
rigid.addGroup(group);
rigid.removeGroup(group);

// 设置和获取掩码
const rigid = this.getComponent(RigidBody);
const mask = (1 << 0) + (1 << 1); // 等价于 1 << 0 | 1 << 1
rigid.setMask(mask);
rigid.getMask();

物理组件

碰撞组件

碰撞组件可用于定义需要进行物理碰撞的物体形状，不同的几何形状拥有不同的属性。碰撞体通常分为以下几种：

  1. 基础碰撞体。常见的包含 盒（BoxCollider)、球（SphereCollider)、圆柱（CylinderCollider)、圆锥（ConeCollider)、胶囊（CapsuleCollider) 碰撞体。
  2. 复合碰撞体。可以通过在一个节点身上添加一个或多个基础碰撞体，简易模拟游戏对象形状，同时保持较低的性能开销。
  3. 网格碰撞体（MeshCollider)。根据物体网格信息生成碰撞体，完全的贴合网格。
  4. 单纯形碰撞体（SimplexCollider)。提供点、线、三角面、四面体碰撞。
  5. 平面碰撞体（PlaneCollider)。可以代表无限平面或半空间。这个形状只能用于静态的、非移动的物体。
  6. 地形碰撞体（TerrainCollider)。一种用于凹地形的特殊支持。

添加碰撞体

例如盒碰撞器组件，新建一个 3D 对象 Cube，在 资源管理器 中点击左上角的 + 创建按钮，然后选择 创建 -> 3D 对象 -> Cube 立方体。在右侧的 属性检查器 面板下方点击 添加组件 按钮，选择 Physics -> BoxCollider 添加一个碰撞器组件。

add-boxcollider

也可以使用代码添加

import { BoxCollider } from 'cc'

const boxCollider = this.node.addComponent(BoxCollider);
属性 说明
Attached 碰撞器所绑定的刚体
Material 碰撞器所使用的物理材质，未设置时使用引擎默认的物理材质
IsTrigger 是否为触发器，触发器不会产生物理反馈

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。

什么情况下需要添加刚体

  1. 配置碰撞分组并让其生效。
  2. 物体需要具备运动学或动力学行为

添加刚体

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

也可以使用代码进行添加

import { RigidBody } from 'cc'

// 添加刚体
const rigidbody = this.node.addComponent(RigidBody);

// 获取刚体
const rigidBody = this.node.getComponent(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

刚体具有以下属性：

控制刚体

针对不同的类型，让刚体运动的方式不同：

1、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。

2、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));
3、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));
4、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));
5、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
1、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。

2、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;
}

恒力组件

恒力组件是一个工具组件，依赖于刚体组件，每帧都会对一个刚体施加给定的力和扭矩。

恒力组件

属性 说明
force 在世界坐标系中，对刚体施加的力
localForce 在本地坐标系中，对刚体施加的力
torque 在世界坐标系中，对刚体施加的扭转力
localTorque 在本地坐标系中，对刚体施加的扭转力

约束

在物理引擎中，约束 用于模拟物体间的连接情况，如连杆、绳子、弹簧或者布娃娃等。

约束依赖刚体组件，若节点无刚体组件，则添加约束时，引擎会自动添加刚体组件。

物理事件

触发器与碰撞器

img

碰撞组件属性 IsTrigger 决定了组件为触发器还是碰撞器。将 IsTrigger 设置为 true 时，组件为触发器。触发器只用于碰撞检测和触发事件，会被物理引擎忽略。默认设置 false，组件为碰撞器，可以结合刚体产生碰撞效果。

两者的区别如下：

触发事件和碰撞事件区别

触发事件

事件 说明
onTriggerEnter 触发开始时触发该事件
onTriggerStay 触发保持时会频发触发该事件
onTriggerExit 触发结束时触发该事件

接收到触发事件的前提是两者都必须带有碰撞组件，并且至少有一个是触发器类型。当使用物理引擎为非 builtin 物理引擎时，还需要确保至少有一个物体带有的是非静态刚体（只有碰撞组件没有刚体组件的对象，视为持有静态刚体的对象），而 builtin 物理引擎则没有这个限制。

监听触发事件

// 此处的节点添加了 BoxCollider 组件
import { BoxCollider, ITriggerEvent } from 'cc'

public start () {
    let collider = this.node.getComponent(BoxCollider);
    collider.on('onTriggerStay', this.onTriggerStay, this);
}

private onTriggerStay (event: ITriggerEvent) {
    console.log(event.type, event);
}

碰撞事件

碰撞事件根据碰撞数据生成，静态类型的刚体之间不会产生碰撞数据。

事件 说明
onCollisionEnter 碰撞开始时触发
onCollisionStay 碰撞保持时不断的触发
onCollisionExit 碰撞结束时触发

接收到碰撞事件的前提是两者都必须带有碰撞组件、至少有一个是非静态刚体并且使用的是非 builtin 的物理引擎。

监听碰撞事件

import { Collider, ICollisionEvent } from 'cc'

public start () {
    let collider = this.node.getComponent(Collider);
    // 监听触发事件
    collider.on('onCollisionStay', this.onCollision, this);
}

private onCollision (event: ICollisionEvent) {
    console.log(event.type, event);
    // 获取另一个组件的碰撞分组，为二进制
    const otherGroup = event.otherCollider.getGroup();
}

物理材质

物理材质是一种资源，它记录了物体的物理属性，这些信息用来计算碰撞物体受到的摩擦力和弹力等。

创建物理材质

在编辑器内创建

在 属性检查器 内右键任意空白处或点击 + 号间都可以创建物理材质：

创建物理材质

通过代码创建

也可通过代码实例化物理材质：

import { PhysicsMaterial } from 'cc';

let newPMtl = new PhysicsMaterial();
newPMtl.friction = 0.1;
newPMtl.rollingFriction = 0.1;
newPMtl.spinningFriction = 0.1;
newPMtl.restitution = 0.5;

属性

属性 属性说明
Friction 摩擦系数
RollingFriction 滚动摩擦系数
SpinningFriction 自旋摩擦系数
Restitution 回弹系数

使用

目前物理材质以碰撞体为单位进行设置，每个 Collider 都具有一个 Material 的属性（不设置时， Collider 将会引用物理系统中的默认物理材质）。

应用到 Collider 同样也分编辑器操作和代码操作两种方式。

编辑器内操作，只需要将资源拖入到 cc.PhysicMaterial 属性框中即可，如下图所示：

应用物理材质

在代码中操作：

import { Collider } from 'cc';

let collider = this.node.getComponent(Collider);
if (collider) {
    collider.material = newPMtl;
    collider.material.rollingFriction = 0.1;
}

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