Box2D — Физика движения авто своими руками

Приветствую всех читателей хабра. В этом топике я постараюсь показать вам как просто можно создать простую физику движения передне— и полноприводного автомобиля. Итак, поехали!

1. Полное отсутствие дрифта/скольжения
2. Различная скорость при движении по осям X и Y (неизвестно, чем это вызвано, но мне такое не надо)

1. Сила тяги (оно же у нас будет являться скоростью и ускорением)
2. Продольное трение колесa
3. Поперечное трение колеса

По оси X — поперечное трение колеса По оси Y вниз — продольное трение колеса По оси Y вверх — скорость и ускорение Все вышеописанные оси всегда относительны центра каждого колеса и его угла поворота.

В качестве физического движка я выбрал Box2D. Для облегчения написания кода я все—таки решил использовать обертку QuickBox2D, потому как она существенно облегчает создание примитивов в Box2D.

Подключаем необходимые классы:

1. import Box2D. Collision . Shapes . * ;
2. import Box2D. Common . Math . * ;
3. import Box2D. Dynamics . * ;
4. import Box2D. Dynamics . Joints . * ;
5. import Box2D. Collision . * ;
6. import Box2D. Common . * ;
7. import com. actionsnippet . qbox . * ;

1. var world:QuickBox2D = new QuickBox2D ( this , < debug: false , frim: true >) ;
2. world. gravity = new b2Vec2 ( 0 , 0 ) ; //вектор гравитации
3. world. start ( ) ; //старт отрисовки и просчета физики
4. world. createStageWalls ( ) ; //фича от QuickBox'a - создает 4 стены по размерам stage
5. world. mouseDrag ( ) ; //и разрешаем перемещать все тела мышью

Прописываем необходимые переменные или константы:

1. //константы и переменные:
2. private const FWD= 1 ; //передний
3. private const AWD= 2 ; //полный
4. private const RWD= 3 ; //задний
5. private var _privod: Number ; //текущий привод авто, выбирается при создании
6. private var _maxTurnAngle: Number ; // максимальный угол поворота колес
7. private var _width : Number ; //длина авто
8. private var _height : Number ; //ширина
9. private var _axisOffset: Number ; //отступ колес по длине, относительно центра авто
10. private const _angularDamping = 7 ; //замедление кручения колеса
11. private const _angularDampingReverse = 3 ; //то же, но при заднем ходе
12. private const _linearDamping = 0.25 ; //замедление скольжения колеса, что-то вроде трения
13. private const _linearDampingReverse = 0.5 ; // и для заднего хода
14. public var _carBody:QuickObject; //объект автомобиля
15. private var _frontAxisBodyLeft:QuickObject; //и его колес
16. private var _frontAxisBodyRight:QuickObject;
17. private var _rearAxisBodyLeft:QuickObject;
18. private var _rearAxisBodyRight:QuickObject;
19. private var _frontLeftJoint:QuickObject; //шарнирные соединения для передних колёс
20. private var _frontRightJoint:QuickObject;
21. private var _rearLeftJoint:QuickObject; //шарнирные соединения для задних колёс
22. private var _rearRightJoint:QuickObject;
23. protected var axisHeight: Number = 4 ; //ширина колеса
24. protected var axisWidth: Number = 7 ; //длина
25. public var drive: int = 0 ; //переменные для управлления автомобилем
26. public var steer: int = 0 ;
27. //drive = 1 - едем вперед
28. //drive = 0 - отпускаем газ и катимся по инерции, либо просто стоим
29. //drive = -1 - едем назад
30. //
31. //steer = -1 - рулим влево
32. //steer = 0 - никуда не рулим
33. //steer = 1 - рулим вправо

Создаем авто с колёсами:

1. //создаем авто
2. _width = 76 ;
3. _height = 40 ;
4. _maxTurnAngle = 15 * Globals. DEG_TO_RAD ; //максимальный угол поворота передних колес
5. _axisOffset: Number = ( _width / 4 - axisWidth ) / Globals. RATIO //отступ колес по длине
6. _privod = FWD; // ну и наш привод, пока что функционируют передний и полный
7. _carBody = world. addBox (
) ;
8. this ._frontAxisBodyLeft = this . world . addBox (
) ;
9. this ._frontAxisBodyRight = this . world . addBox (
) ;
10. this ._frontLeftJoint = this . world . addJoint (
) ;
11. this ._frontRightJoint = this . world . addJoint (
) ;
12. this ._rearAxisBodyLeft = this . world . addBox (
) ;
13. this ._rearAxisBodyRight = this . world . addBox (
) ;
14. this ._rearLeftJoint = this . world . addJoint (
) ;
15. this ._rearRightJoint = this . world . addJoint (
) ;

Ну вот, мы создали наше авто. Вид его примерно как на картинке выше, но только оно будет повернуто на 90% по часовой. Теперь перед нами стоит главная задача: научить наше авто ездить. Для достижения эффекта езды мы будем прикладывать ApplyForce(..) к нужным колесам (для переднего привода — передние колеса. для полного — все колеса) Для просчета физики авто и управления им используем accelerate() и вызываем её при каждом обновлении мира:

1. stage . addEventListener ( KeyboardEvent. KEY_DOWN , keyDownList ) ;
2. stage . addEventListener ( KeyboardEvent. KEY_UP , keyUpList ) ;
3. world. addEventListener ( QuickBox2D. STEP ,onStep ) ;
4. .
5. var bup: Boolean ;
6. var bdown: Boolean ;
7. var bleft: Boolean ;
8. var bright: Boolean ;
9. function keyDownList ( e :KeyboardEvent ) : void
;
11. function keyUpList ( e :KeyboardEvent ) : void
;
13. function onStep ( evt:Event ) : void
;
15. if ( bdown ) < car. drive =- 1 >;
16. if ( ! bup && ! bdown ) ( car. drive = 0 ) ;
17. if ( bleft ) < car. steer =- 1 >;
18. if ( bright ) < car. steer = 1 >;
19. if ( ! bleft && ! bright ) < car. steer = 0 >;
20. > ;

Ну и собственно сама процедура accelerate() (разбираем построчно, полный код процедуры будет позже): 1) Для начала мы разбудим наши тела

1. this ._carBody. body . WakeUp ( ) ;
2. this ._frontAxisBodyLeft. body . WakeUp ( ) ;
3. this ._frontAxisBodyRight. body . WakeUp ( ) ;

2) Затем добавим необходимые силы трения(общую, по X, и по Y) чтобы авто ехало вперед, а не скользило при резком повороте, и при движении по инерции — замедлялось:

1. if ( this . drive > 0 ) < //едем вперёд
2. this ._acceleration = this ._accelerationForward;
3. this . setLinearDamping ( this ._linearDamping ) ;
4. this . setAngularDamping ( this ._angularDamping ) ;
5. >
6. else < //едем назад или стоим
7. this ._acceleration = this ._accelerationBackwards;
8. this . setLinearDamping ( this ._linearDamping ) ;
9. this . setAngularDamping ( this ._angularDamping ) ;
10. >
11. this . addFriction ( this ._rearAxisBodyLeft. body , 0 ) ;
12. this . addFriction ( this ._rearAxisBodyRight. body , 0 ) ;
13. this . addFriction ( this ._frontAxisBodyLeft. body , 1 ) ;
14. this . addFriction ( this ._frontAxisBodyRight. body , 1 ) ;

3) setLinearDamping() и setAngularDamping()

1. private function setLinearDamping ( linDamp: Number ) : void
3. private function setAngularDamping ( angDamp: Number ) : void

4) Ну и самая интересная на мой взгляд процедура addFriction(), реализацию которой я так долго искал и не нашел, и вот реализовал сам:

1. function addFriction ( targetBody:b2Body, isFront: Number )
3. spd = targetBody. GetWorldVector ( spd2 ) ;
4. targetBody. SetLinearVelocity ( spd ) ;
5. >
6. if ( this ._privod == RWD )
7. >
8. >

Данная процедура раскладывает глобальный вектор скорости spd у каждого колеса на локальный spd2 и прикладывает трения по X и по Y. Единственные момент, который не укладывается в моей голове так это то, почему же все-таки оси повернуты на 90% по часовой? То есть чтобы отучить авто скользить и добавить трения по оси X которую я зарисовывал выше сейчас нам приходится добавлять трение на ось Y (оно же — поперечное трение колеса).

5) Продолжаем дополнять accelerate(), просчитываем углы по которым потом будем прикладывать силы скорости и ускорения (для передних колес):

1. var carAngle: Number = this ._carBody. body . GetAngle ( ) ;
2. if ( this . steer ! = 0 ) < // при езде вперед
3. this ._steerAngle = this ._steerAngle + this . steer * this ._steeringAcceleration;
4. >
5. if ( this ._steerAngle > carAngle + this ._steeringRange )
6. else if ( this ._steerAngle < carAngle - this ._steeringRange )
7. if ( this . drive < 0 ) < //при езде назад
8. if ( this . steer == 0 )
9. else if ( this . steer == - 1 )
10. else if ( this . steer == 1 )
11. >
12. if ( this . steer == 0 )

6)Поворачиваем передние колёса:

1. this ._frontAxisBodyLeft. body . SetXForm ( _frontAxisBodyLeft. body . GetXForm ( ) . position , this ._steerAngle ) ;
2. this ._frontAxisBodyRight. body . SetXForm ( _frontAxisBodyRight. body . GetXForm ( ) . position , this ._steerAngle ) ;

7)Ну и в зависимости от привода прикладываем необходимые силы к нужным колёсам: