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);

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。

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 NodeLayer 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 DYNAMICKINEMATICSTATIC

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,但不会像运动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:

  1. 白色和蓝色之间会出现穿透现象。
  2. 白色的静态物体也可以运动。
  3. 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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  • 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));

通过扭矩

力与冲量也可以只对旋转轴产生影响,使刚体发生转动,这样的力叫做扭矩。

刚体组件提供了 applyTorque 接口,通过此接口可以施加扭矩到刚体上,因为只影响旋转,所以不需要指定作用点。

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,根据动量守恒,将立即改变刚体的线性速度。 如果冲量施加到的点不是刚体的质心,那么将产生一个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 linearDampingangularDamping 方法对其获取或设置。

阻尼参数的范围建议在 01 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 linearFactorangularFactor 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

  1. 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。
  2. 在使用 cannon.jsammo.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 ammo.js 时作用于力。

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