Chipmunk-js物理引擎学习笔记

一、基本概念

空间：在Chipmunk中，空间是所有对象容器。因此，刚体、形状、链接节点等对象都需要添加到空间中。空间控制这些对象的相互作用。
刚体：物理上的刚体指的是在运动和受力作用后，形状和大小不改变的物体。Chipmunk中的刚体拥有质量、位置、速度、角速度等物理性质。须注意的是，添加到空间中的刚体只是一个质点，需要为其赋予形状后，它才有面积或体积的性质。
形状：形状定义了物体碰撞的外形，同时包括物体如弹性系数、摩擦系数等表面的性质；你可以对一个刚体赋予多个形状，同一物体的形状不会碰撞。
连接节点：连接节点定义刚体之间的连接方式。

二、Chipmunk-js与Chipmunk的区别

运行速度下降了，Chipmunk-js大概比Chipmunk慢了3倍的样子，~~Chipmunk的作者说用纯C写的部分原因就是它运行速度很快哈哈~~
Chipmunk-js用面向对象的形式来写，所以函数名些许不同，比如cpvadd(a, b)变成了cp.vadd(a, b)；
去除了函数中描述数组长度的参数，比如:

    cpMomentForPoly(mass, numVerts, *verts, offset);

变成了:

    cp.momentForPoly(mass, verts, offset);

去除了大部分getter和setter函数。

三、 HelloChipmunk案例

使用Chipmunk物理引擎进行开发的一般步骤为：
（1）创建物理空间；
（2）指定空间边界；
（3）创建空间中的物体；
（4）创建空间中的形状；
（5）连接精灵与物体（实现物体可视化）；
（6）检测碰撞。

使用Chipmunk-js基本遵循以上步骤，首先创建页面结构：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>hello Chipmunk</title>
</head>
<body>
    <canvas></canvas>
</body>
    <style type="text/css">
        html {background-color: grey;}
        canvas {background-color: black;}
    </style>
        <!-- 注意必须先引入cp.js -->
    <script type="text/javascript" src="./cp.js"></script>
    <script type="text/javascript" src="./hellochipmunk.js"></script>
</html>

下载cp.js存放至根目录下；
在根目录创建hellochipmunk.js文件，首先创建物理空间：

var height = 480; //界面的高度
var width = 640;//界面的宽度

/*** 物理空间 ***/
function World() {
    //初始化空间和重力
    this.space = new cp.Space();//创建空间
    var v = cp.v;//cp.v是chipmunk中定义的二维空间矢量
    this.space.gravity = v(0, 100);//设置重力矢量，重力数值越大，下落加速度越大

    //添加空间的边界条件。需要设置边界的形状、弹性系数、摩擦系数。
    this.addBoundary = function() {
        //设置左边界。
        var left = this.space.addShape(new cp.SegmentShape(this.space.staticBody, v(0, 0), v(0, height), 2));
        //设置边界的弹性系数。0.0表示完全非弹性碰撞，1.0表示弹性碰撞。
        left.setElasticity(0.5);
        //设置摩擦系数。0.0表示无摩擦。
        left.setFriction(1);

        //设置右边界。
        var right = this.space.addShape(new cp.SegmentShape(this.space.staticBody, v(width, 0), v(width, height), 2));
        right.setElasticity(0.5);
        right.setFriction(1);

        //设置上边界。
        var top = this.space.addShape(new cp.SegmentShape(this.space.staticBody, v(0, 0), v(width, 0), 2));
        top.setElasticity(0.5);
        top.setFriction(1);

        //设置底边界。
        var bottom = this.space.addShape(new cp.SegmentShape(this.space.staticBody, v(0, height), v(width, height), 2));
        bottom.setElasticity(0.5);
        bottom.setFriction(1);
    }

    //添加球体。首先需要在空间中创建一个刚体，为其赋予质量、转动惯量；
    //然后需要指名刚体的形状，这里我们创建的是球体，所以为物体添加一个圆形的形状
    this.addBody = function() {
        var radius = 25;
        var mass = 1;
        //设置球体的转动惯量，这里使用库中的一个函数计算其惯量
        var moment = cp.momentForCircle(mass, 0, radius, cp.vzero);
        //在空间中创建球体
        var ballBody = new cp.Body(mass, moment);
        this.space.addBody(ballBody);
        ballBody.setPos(v(width/2, height/3));
        //为球体添加形状
        var ballShape = new cp.CircleShape(ballBody, radius, cp.vzero);
        this.space.addShape(ballShape);
        ballShape.setFriction(1);
        ballShape.setElasticity(0.7);
    }
}

然后在画布上将物理空间绘画出来：

/*** 在画布中实现可视化 ***/
function Canvas() {
    var _this = this;
    this.cns = document.getElementsByTagName('canvas')[0];//设置画布大小
    this.cns.height = height;
    this.cns.width =  width;
    this.ctx =  this.cns.getContext('2d');
    this.drawLine = function(ctx, a, b) {
        this.ctx.beginPath();
        this.ctx.moveTo(a.x, a.y);
        this.ctx.lineTo(b.x, b.y);
        this.ctx.stroke();
    };
    this.drawCircle = function(ctx, c, radius) {
        this.ctx.lineWidth = 3;
        this.ctx.beginPath();
        this.ctx.arc(c.x, c.y, radius, 0, 2*Math.PI, false);
        this.ctx.fill();
        this.ctx.stroke();
    };
    this.draw = function(world) {   
        _this.ctx.strokeStyle = 'white';
        _this.ctx.lineCap = 'round';

        _this.ctx.clearRect(0, 0, _this.cns.width, _this.cns.height);
        _this.ctx.font = "16px sans-serif";
        _this.ctx.lineCap = 'round';
        world.space.eachShape(function(shape) {
            _this.ctx.fillStyle = 'red'
            shape.draw(_this.ctx);
        })
    }
    cp.PolyShape.prototype.draw = function(ctx) {
        ctx.lineWidth = 2;
        ctx.beginPath();
        ctx.fillStyle = 'blue';

        var verts = this.tVerts;
        var len = verts.length;
        var lastPoint = new cp.Vect(verts[len - 2], verts[len - 1]);
        ctx.moveTo(lastPoint.x, lastPoint.y);
        for(var i = 0; i < len; i+=2){
            var p = new cp.Vect(verts[i], verts[i+1]);
            ctx.lineTo(p.x, p.y);
        }
        ctx.fill();
        ctx.stroke();
    };
    cp.SegmentShape.prototype.draw = function(ctx) {
        ctx.lineWidth = Math.max(1, this.r * 2);
        _this.drawLine(ctx, this.ta, this.tb);
    };
    cp.CircleShape.prototype.draw = function(ctx) {
        _this.drawCircle(ctx, this.tc, this.r);
        // 显示球体中的一条半径，从而可以清楚观察到球体的转动
        _this.drawLine(ctx,this.tc, cp.v.mult(this.body.rot, this.r).add(this.tc));
    };
}

最后运行空间，通过更新画布来显示动画：

var raf = window.requestAnimationFrame
    || window.webkitRequestAnimationFrame
    || window.mozRequestAnimationFrame
    || window.oRequestAnimationFrame
    || window.msRequestAnimationFrame
    || function(callback) {
        return window.setTimeout(callback, 1000 / 60);
    };
var drawFrame = function() {
    var dt = 1/60;
    //每dt个时间步内更新空间。
    world.space.step(dt);
    //刷新画布图像
    canvas.draw.call(this, world);
    raf(drawFrame);
};

var world = new World();//（1）创建物理空间；
world.addBoundary();//（2）指定空间边界；
world.addBody();//（3）创建空间中的物体；（4）创建空间中的形状；
var canvas = new Canvas();//（5）连接精灵与物体（实现物体可视化）；
drawFrame();

使用浏览器打开后的：

四、添加阻挡方块

我们可以在球体下落的路径上添加一个方块，模拟球体与方块的碰撞现象。在如弹一弹的小游戏中，实现原理与此类似，它们是在球体与方块碰撞后加入了回调函数，以实现加分或方块消失等事件
可以将阻挡方块看作是一种边界条件，我们在World里的addBoundary函数添加：

//添加阻挡方块
var blockBody = new cp.Body(Infinity, Infinity);//由于方块是静止的，我们设它的质量和转动惯量为无穷大
blockBody.setPos(cp.v(width/2, height*2/3));
blockBody.setAngle(0.1);//设置方块偏转角度
var block = this.space.addShape(new cp.BoxShape(blockBody, 50, 50),);
block.setElasticity(1);
block.setFriction(1);

最终效果：

引擎的具体实现细节可参考Chipmunk的文档，虽然函数名等有出入，但大致实现思路是一样的哈~

Chipmunk-js物理引擎学习笔记

一、基本概念

二、Chipmunk-js与Chipmunk的区别

三、 HelloChipmunk案例

四、 添加阻挡方块

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四、添加阻挡方块