Cocos2d-x Box2D 物理引擎基础（刚体、关节、力）【玩转华为云】
【摘要】 1. 引言Cocos2d-x 是一款广泛使用的开源游戏开发框架，而 Box2D 是一个轻量级的 2D 物理引擎，用于模拟真实世界的物理效果。将 Box2D 集成到 Cocos2d-x 中，可以让开发者轻松实现逼真的碰撞检测、重力、摩擦力、关节约束和力的效果，从而提升游戏的沉浸感和可玩性。本文将系统介绍 Cocos2d-x 中 Box2D 的基础概念与用法，涵盖刚体（Body）、关节（Join...
1. 引言
2. 技术背景
2.1 Cocos2d-x 简介
-
跨平台 2D 游戏引擎（C++/Lua/JS）。 -
支持精灵、动画、场景、粒子系统等。 -
易于集成第三方库（如 Box2D、Chipmunk）。
2.2 Box2D 简介
-
由 Erin Catto 开发的 C++ 2D 物理引擎。 -
支持刚体动力学、碰撞检测、关节约束、摩擦、恢复等。 -
广泛应用于《愤怒的小鸟》等知名游戏。
2.3 Cocos2d-x 与 Box2D 集成方式
PhysicsWorld和 PhysicsBody封装了部分 Box2D API，但也可以直接使用原生 Box2D C++ 接口以获得更灵活的控制。3. 应用使用场景
-
平台跳跃游戏：角色与平台的碰撞、重力下落。 -
物理益智游戏：利用关节连接物体，设计连锁反应。 -
弹球/台球游戏：精确的碰撞与力的传递。 -
破坏效果：刚体破碎、连锁倒塌。 -
车辆模拟：车轮与车身的关节约束。
4. 不同场景下详细代码实现
4.1 环境准备
4.1.1 项目配置（CMakeLists.txt 或 proj.android/jni/Android.mk）
# CMakeLists.txt 示例
find_package(Box2D REQUIRED)
target_link_libraries(${APP_NAME} Box2D::Box2D)LOCAL_STATIC_LIBRARIES += box2d_static4.1.2 头文件引入
#include "Box2D/Box2D.h"
#include "cocos2d.h"
using namespace cocos2d;4.2 刚体（Body）基础示例
场景：创建一个受重力影响的动态小球
// HelloWorldScene.cpp
#include "HelloWorldScene.h"
#include "Box2D/Box2D.h"
USING_NS_CC;
Scene* HelloWorld::createScene() {
return HelloWorld::create();
}
bool HelloWorld::init() {
if (!Scene::init()) {
return false;
}
// 创建物理世界
b2Vec2 gravity(0.0f, -9.8f); // Y轴向下为负
auto world = new b2World(gravity);
// 创建地面（静态刚体）
b2BodyDef groundBodyDef;
groundBodyDef.position.Set(0.0f, 0.0f);
b2Body* groundBody = world->CreateBody(&groundBodyDef);
b2PolygonShape groundBox;
groundBox.SetAsBox(400.0f / PTM_RATIO, 20.0f / PTM_RATIO); // PTM_RATIO: 像素到米的比例
b2FixtureDef groundFixture;
groundFixture.shape = &groundBox;
groundBody->CreateFixture(&groundFixture);
// 创建动态小球（刚体）
b2BodyDef ballBodyDef;
ballBodyDef.type = b2_dynamicBody;
ballBodyDef.position.Set(200.0f / PTM_RATIO, 300.0f / PTM_RATIO);
b2Body* ballBody = world->CreateBody(&ballBodyDef);
b2CircleShape circle;
circle.m_radius = 20.0f / PTM_RATIO;
b2FixtureDef ballFixture;
ballFixture.shape = &circle;
ballFixture.density = 1.0f;
ballFixture.friction = 0.3f;
ballFixture.restitution = 0.8f; // 弹性
ballBody->CreateFixture(&ballFixture);
// 将刚体与 Cocos2d-x 精灵绑定
auto ballSprite = Sprite::create("ball.png");
ballSprite->setPosition(Vec2(200, 300));
this->addChild(ballSprite);
// 存储引用以便更新位置
this->world = world;
this->ballBody = ballBody;
this->ballSprite = ballSprite;
// 开启定时器更新物理世界
this->scheduleUpdate();
return true;
}
// 更新物理世界
void HelloWorld::update(float dt) {
int velocityIterations = 8;
int positionIterations = 3;
world->Step(dt, velocityIterations, positionIterations);
// 同步刚体位置到精灵
b2Vec2 pos = ballBody->GetPosition();
ballSprite->setPosition(Vec2(pos.x * PTM_RATIO, pos.y * PTM_RATIO));
ballSprite->setRotation(-CC_RADIANS_TO_DEGREES(ballBody->GetAngle()));
}
// 定义 PTM_RATIO
const float PTM_RATIO = 32.0f; // 1米 = 32像素4.3 关节（Joint）示例：旋转门
// 在 init() 中添加
// 创建固定点（静态刚体）
b2BodyDef anchorBodyDef;
anchorBodyDef.position.Set(300.0f / PTM_RATIO, 200.0f / PTM_RATIO);
b2Body* anchorBody = world->CreateBody(&anchorBodyDef);
// 创建门板（动态刚体）
b2BodyDef doorBodyDef;
doorBodyDef.type = b2_dynamicBody;
doorBodyDef.position.Set(300.0f / PTM_RATIO, 150.0f / PTM_RATIO);
b2Body* doorBody = world->CreateBody(&doorBodyDef);
b2PolygonShape doorBox;
doorBox.SetAsBox(50.0f / PTM_RATIO, 5.0f / PTM_RATIO);
b2FixtureDef doorFixture;
doorFixture.shape = &doorBox;
doorFixture.density = 1.0f;
doorBody->CreateFixture(&doorFixture);
// 创建旋转关节
b2RevoluteJointDef revJointDef;
revJointDef.Initialize(anchorBody, doorBody, anchorBody->GetWorldCenter());
revJointDef.enableMotor = false;
revJointDef.maxMotorTorque = 10.0f;
revJointDef.enableLimit = true;
revJointDef.lowerAngle = -45.0f * (M_PI / 180.0f);
revJointDef.upperAngle = 45.0f * (M_PI / 180.0f);
b2Joint* joint = world->CreateJoint(&revJointDef);
// 添加门精灵
auto doorSprite = Sprite::create("door.png");
doorSprite->setPosition(Vec2(300, 150));
this->addChild(doorSprite);
this->doorBody = doorBody;
this->doorSprite = doorSprite;update()中同步门的位置：b2Vec2 doorPos = doorBody->GetPosition();
doorSprite->setPosition(Vec2(doorPos.x * PTM_RATIO, doorPos.y * PTM_RATIO));
doorSprite->setRotation(-CC_RADIANS_TO_DEGREES(doorBody->GetAngle()));4.4 力（Force）示例：施加推力
// 触摸事件中给小球施加力
bool HelloWorld::onTouchBegan(Touch* touch, Event* event) {
Vec2 location = touch->getLocation();
b2Vec2 forcePos(location.x / PTM_RATIO, location.y / PTM_RATIO);
// 计算方向向量
b2Vec2 bodyPos = ballBody->GetPosition();
b2Vec2 forceDir = forcePos - bodyPos;
forceDir.Normalize();
// 施加冲量（瞬间力）
float forceMagnitude = 5.0f;
ballBody->ApplyLinearImpulse(forceDir * forceMagnitude, bodyPos, true);
return true;
}init()中注册触摸事件：auto listener = EventListenerTouchOneByOne::create();
listener->onTouchBegan = CC_CALLBACK_2(HelloWorld::onTouchBegan, this);
_eventDispatcher->addEventListenerWithSceneGraphPriority(listener, this);5. 原理解释
5.1 刚体（Body）
-
类型：静态（Static）、动态（Dynamic）、运动学（Kinematic）。 -
属性：质量、密度、摩擦力、恢复系数（弹性）。 -
Fixture：形状（Shape）+ 物理属性，一个 Body 可有多个 Fixture。
5.2 关节（Joint）
-
RevoluteJoint：旋转关节（如门、钟摆）。 -
DistanceJoint：距离约束。 -
PrismaticJoint：平移关节。 -
PulleyJoint：滑轮。 -
WeldJoint：焊接。
5.3 力（Force）
-
ApplyForce：持续力（需每帧调用）。 -
ApplyImpulse：瞬间冲量。 -
ApplyTorque：扭矩（旋转力）。
6. 核心特性
-
真实物理模拟：重力、碰撞、摩擦、弹性。 -
高性能：迭代求解器优化。 -
易扩展：支持自定义形状与关节。 -
与 Cocos2d-x 无缝结合：精灵与刚体位置同步。
7. 原理流程图
┌────────────┐
│ 创建b2World │
└─────┬──────┘
│
▼
┌────────────┐ ┌────────────┐
│ 定义BodyDef │───▶│ CreateBody │
└─────┬──────┘ └─────┬──────┘
│ │
▼ ▼
┌────────────┐ ┌────────────┐
│ 定义Shape │ │ CreateFixture│
│ + FixtureDef│───▶│ │
└────────────┘ └─────┬──────┘
│
▼
┌────────────┐
│ 物理世界步进 │
│ Step(dt) │
└─────┬──────┘
│
▼
┌──────────────┐
│ 同步到Cocos2d│
│ 精灵位置/角度 │
└──────────────┘8. 环境准备
-
Cocos2d-x v3.x 或 v4.x -
Box2D 源码（通常随 Cocos2d-x 自带） -
开发工具：VS2019 / Xcode / Android Studio -
PTM_RATIO：建议 32.0（1米=32像素）
9. 实际详细应用代码示例实现
HelloWorldScene.h：#ifndef __HELLOWORLD_SCENE_H__
#define __HELLOWORLD_SCENE_H__
#include "cocos2d.h"
#include "Box2D/Box2D.h"
class HelloWorld : public cocos2d::Scene {
public:
static cocos2d::Scene* createScene();
virtual bool init() override;
void update(float dt) override;
bool onTouchBegan(cocos2d::Touch* touch, cocos2d::Event* event);
CREATE_FUNC(HelloWorld);
private:
b2World* world;
b2Body* ballBody;
cocos2d::Sprite* ballSprite;
b2Body* doorBody;
cocos2d::Sprite* doorSprite;
};
#endif // __HELLOWORLD_SCENE_H__10. 运行结果
-
小球受重力下落，与地面碰撞有弹性。 -
点击屏幕给小球施加推力。 -
门绕固定点旋转，受关节角度限制。
11. 测试步骤及详细代码
-
编译运行项目。 -
观察小球自然下落。 -
触摸屏幕推动小球。 -
观察门的旋转范围限制。
12. 部署场景
-
移动游戏：iOS/Android 物理手游。 -
PC/Web：通过 Cocos2d-x JS 绑定发布。 -
教育软件：物理教学演示。
13. 疑难解答
-
Q：物体穿透？ A：增加 velocityIterations和positionIterations（如 8 和 6）。 -
Q：性能卡顿？ A：减少动态刚体数量，使用静态批处理。 -
Q：坐标错乱？ A：检查 PTM_RATIO 与坐标转换。
14. 未来展望
-
3D 物理扩展：结合 Bullet 或 PhysX。 -
多线程模拟：提升性能。 -
可视化编辑：物理关卡编辑器。
15. 技术趋势与挑战
-
趋势：物理与 AI 结合（智能物体行为）、VR/AR 物理交互。 -
挑战：复杂场景稳定性、跨平台一致性。
16. 总结
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