Sprite Kit 類比物理世界

終於有時間寫部落格了，隔了好長一段時間沒研究SpriteKit了，今天裝了個Xcode5的DP2版本，驚奇地發現，在建立project的時候居然看到了SpriteKit Game的選項，選了它之後直接建立一個SpriteKit項目，蘋果想得還真是周到，省去之前很多瑣碎的步驟，如果你是對SpriteKit很熟悉的開發人員的話那大可直接使用Sprite Game來建立項目，如果是初學者的話，建議還是建一個空項目，跟著官方的文檔，一步一步去做，自然會讓你更好地瞭解SpriteKit。其實，直接用SpriteKit Game建立項目，它只是幫你自動產生了一小部分代碼，自己打一遍也不是很難，起碼知道它是怎樣啟動和運作的。由於現在iOS7還是beta版本，Xcode5也是DP版本的，API文檔沒什麼變化，不過估計接下來關於SpriteKit還會有更多好玩的東西出來，拭目以待咯。 隔了這麼久，不打一下代碼還真有點生疏了，今天重新看了一遍SpriteKit的Simulate Physics，也就是物理系統，突然間發現了好多新的東西，之前看都是粗略地帶過，今天仔細一看，還真有很多東西，SpriteKit確實很強大，在2d方面，算是做到儘可能好的了。廢話不多說，下面就從頭來學習SpriteKit的物理系統。 完成遊戲的物理系統設定，你需要一下完成以下幾點：1、把SKPhysicsBody關聯到擁有物理屬性的遊戲對象上，每一個遊戲對象node節點都有physicsbody屬性2、設定physicsbody的各個屬性，讓遊戲對象在遊戲裡面呈現更好的遊戲效果3、設定整個遊戲世界的物理系統，比如重力，注意，scene也有物理屬性4、可以在physicsbody上施加力5、定義物體之間的碰撞處理6、最佳化整個物理系統 其實個人覺得比較有趣的事碰撞那一塊，有新的東西在裡面，至少我在其他遊戲引擎裡面沒見過，也可能是我見識得比較少吧，不過個人覺得，SpriteKit的碰撞檢測做得真心贊。 physics body（後面簡稱pb）有三種，一種是運動的，一種是靜止的，還有一種叫做edge的，運動的pb可以接受外界所有的關於物理的影響，靜止的pb沒有速度，不受力和碰撞的影響，區分這兩種pb是有好處的，普通的遊戲對象一般都是運動的pb，而牆壁啊，地面，遊戲情境的邊界等就可以靜止的pb edge的話，其實就是邊啦，可以這樣理解，自由無規則的pb，一般邊界可以用它來限定，它頻繁地被用來當作遊戲情境的邊界，還有一個用處是，遊戲對象都是有形狀的，SpriteKit提供了幾種形狀給我們，但其實在現實真正的遊戲當中，往往我們的遊戲對象都是不規則圖形，這個時候，如果你想要為你的遊戲對象加上一個具有相似形狀的pb的話，就可以考慮使用edge了，不過這不是經常採取的方法，使用edge來定形要很大量的計算，消耗資源，這會讓你的遊戲變得不順暢，所以不是很提倡這種做法。 下面貼段用edge作為scene邊界的代碼

 代碼不難理解，最主要的函數就是bodyWithEdgeLoopFromRect:，就不多說了吧。 根據指定的形狀建立pb也不是很難，具體的代碼就不貼出來了，建議還是去看看SKPhysicsBody的api，看完會更有利於學習整個物理系統。 這裡說幾個pb的屬性吧，mass屬性，即品質，這個學過物理或者沒學過的都知道的拉，有mass當然就有density密度啦，這兩個屬性是會隨著對方的變化而變化的，唯一不變的是物體的形狀，整個真得學過物理才知道，mass等於density乘於area體積。 friction屬性，摩擦力，就是物體表面的粗糙程度，在其上面運動的物體會受到其friction的影響，力的話還有linearDamping阻力和angularDamping角力，就是旋轉的力，這個跟你的遊戲世界裡的環境有空，一般是空氣阻力啦，或者是在水中的阻力啦，由你的環境決定。 restitution屬性，可以理解為勢能吧，在碰撞的時候它決定碰撞的威力，即作用效果的強弱。 dynamic屬性，一般動態pb的預設值為yes，將其設定為no之後，就是靜態pb了。 affectedByGravity屬性，yes即接受重力影響，no則不受重力影響。 allowsRotation屬性，它決定物體是否能選擇，設定為no即凍結旋轉。 大概這些個屬性吧，需要注意的是，mass和density，在我們的pb建立後，area就已經被設定為固定的，不可改變的，所以mass和density之間的變化會相互影響，根據你的需要你可以選擇設定mass來確定density，也可以設定density來確定mass，根據實際情況而定，兩者會有不同的效果，這涉及物理方面的知識。 另外很多屬性都是會變化的，結合實際中的物理性質可知，SpriteKit在每一幀都會重新計算每個屬性值，你可以在更新的時候通過一些函數來修改一些屬性，另外，當切換到不同的情境不同的環境中時，根據你的需要，在pross-post scene的時候修改一些屬性，以到期望的效果。 前面說過，scene也有物理性質，它還有個physicsWorld的屬性，即整個的遊戲世界裡的物理系統，這裡說一下速度，正常速度為1，舉個例子吧，當為0.5時，pb的執行速度會減慢一半，為2時即加快一倍接下來，你可能需要為你的pb施加一些力，好讓其運動起來，有兩個力force和impulse，force是一個持續的力，每一幀都要設定，好讓力延續下去，impulse是一個即時的力，即發力又一個立即的效果，但不會持續下去，鑒於兩者區別不大，官方的文檔也只著重說了下force。 哦，加力其實就是加個向量，我們只需要提供一個點，讓物體朝那個點運動，加力可根據作用點分為三種，一種是讓物體直線運動的力，一種只讓物體轉動的力，還有就是作用在物體的一點上，這個時候，SpriteKit會根據物體的形狀去決定加在這個點上的力將會產生怎樣的效果。 終於說到碰撞了，之前的文章提到過，cocos2d做碰撞檢測用的是兩個物體的rect是否交叉，其他有關碰撞檢測的一些東西實現起來比較麻煩，而unity則提供了強大的物理系統，裡面的碰撞做得真的是沒話說，就是2d遊戲也依然能使用它的物理系統，SpriteKit的碰撞有點向unity，其實整個的物理系統都有點像，個人覺得，physics body即rigibody，當然，unity畢竟是3d引擎，關於物理系統的東西豐富很多。其實，在node節點關聯上physics body之後，SpriteKit在兩個物體碰撞時就做了些計算的，這個是我覺得很強大的地方之一，也就是說，你可以真的把它們當作是兩個真實世界中物體的碰撞，在碰撞之後，物體會怎樣都在精確的計算之中。不過單單靠這些，是不能做一些碰撞檢測的，如果你想兩個物體在碰撞時按你的想法去反應的話，你就需要設定一些屬性了。 還是pb的屬性，這三個屬性很重要：categoryBitMask，它標記了物體屬於那一類物體，預設值為0xffffffffcollisionBitMask，它標記了哪些物體可以跟其發生碰撞，預設值為0xffffffffcontactTestBitMask，它標記了哪些物體會和其發生碰撞後產生一些影響，預設值為0x00000000 這三個數值均由32位的十六進位數來表示，即你的遊戲可以有32中不同類型的物體，其實用不到那麼多，為什麼用這樣的值來表示，這也是我覺得新穎的地方，在做碰撞檢測時，這些值是拿來做邏輯與運算，計算碰撞用的，感覺很不粗吧。判斷其他物體是否可以跟自己發生碰撞，要根據自己的collisionBitMask的值與對方物體的categoryBitMask的值進行邏輯與運算，得到的結果不為0，即可以發生碰撞。 判斷碰撞的兩個物體是否發生影響時，假設為A和B，首先是A的categoryBitMask與B的contactTestBitMask進行邏輯與運算，B也做同樣的運算，當兩者的結果都不為0時，兩者即可在碰撞的時候互相影響這要仔細想一想，好好消化一下才行，這是約定好的東西，直接用就行了，不過如果想深入研究的話，再去看官方的api吧。 設定好了這些值以後呢，我們需要一些協議來為我們完成我們想要做的事情，這時又得用到scene啦。 SpriteKit提供給我們一個叫做SKPhysicsContactDelegate，這也是它唯一給的一個協議，在初始化scene的時候設定scene.physicsWorld.contactDelegate = self;在.h標頭檔加上該協議，它提供了好兩個檢測碰撞的函數，-didBeginContact：和-didEndContact：參數都是一個SKPhysicsContact，裡麵包含了兩個碰撞體的資訊，和碰撞的資訊，建議大家去看看SKPhysicsContact的api，開發起來才更加得心應手，我們就可以在這兩個函數裡做我們在碰撞時要做的事情了。 好一個碰撞檢測啊。 usePreciseCollisionDetection 提高碰撞精度的屬性，前面說過，就不多說了。 說完碰撞，接著是將多個pb物體串連在一起的joint，可以理解為骨骼吧，如果你想你的遊戲展現一些更複雜的物理特效的話，你可能會需要它，這裡也不多說了。 在遊戲中，有時我們需要操控我們的遊戲對象，整個時候就需要選中該對象，當對象有了pb之後，我們可以通過很多方法來找到它。最常用的方法，應該不陌生了，就是通過ray射線來尋找物體，首先我們需要確定一條射線，舉個例子吧，在平面中，我們可以以（0， 0）為起點，手指點擊螢幕的點為終點，一般在3d情境，是通過攝像機的位置點作為起點，然後點擊的地方為終點來確定一條射線，然後通過函數bodyAlongRayStart：end：來擷取射線穿過的物體，注意整個函數只能擷取一個，如果你的射線穿過很多個物體，這時可以使用函數來擷取射線上所有的物體，在你的block裡面，你可以拿到每個物體的資訊，根據這些資訊你就可以判斷那個是你想要的得到的。還有就是可以根據名字擷取物體，整個在前面的文章有提到過。 另外還可以根據點來尋找物體，bodyAtPoint：函數會根據你提供的點，判斷點是否屬於物體，是的話就返回該物體。還有bodyAtRect：函數，在情境中設定一個rect，當有物體進入rect時，bodyAtRect就會返回該物體。 接下來是一些注意事項，虛擬整個物理系統是很消耗資源的，所以盡量讓你的遊戲的物理方面的計算減少，讓你的遊戲運行得更順暢，記住你為你的pb設定的一切東西，根據這些設定帶來的性質去實現你的遊戲邏輯或者是遊戲效果，只有知道它們到底是怎麼一回事才能把它們的作用發揮出來，關於最佳化的，得花謝時間出來研究研究，每個遊戲引擎都有一套或者幾套最佳化方案，SpriteKit肯定也會有，知道你的機器是怎麼運作的，然後再知道你的引擎是怎麼在機器上運作的，這樣會讓對最佳化你的程式有更大的協助。 也差不多這些了吧，關於物理系統的東西，很強大，有些可能需要自己用過才知道，另外還有粒子系統，也找個時間好好研究研究，寫一篇專門的關於粒子系統的筆記。 最後奉上自己的代碼，關於Simulate Physics的一個Demo，Demo只實現了部分物理特性，重力摩擦力的設定，碰撞處理，添加force等，點擊螢幕就會產生一個燕尾俠Sprite，然後可以改變重力和摩擦力觀察其在情境中的表現，觸碰邊界會做出反應，大概就這樣子，想查看其他屬性可以直接在Demo上修改，哦，我的Xcode版本是DP2的，估計沒什麼大的影響，就這樣啦