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【Visual C++】游戏开发笔记十八 游戏基础物理建模(一) 匀速与加速运动

 
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本系列文章由zhmxy555(毛星云)编写,转载请注明出处。http://blog.csdn.net/zhmxy555/article/details/7496200

作者:毛星云邮箱:happylifemxy@qq.com欢迎邮件交流编程心得



我们可以毫不夸张的说,在当今的任意一款成功的3D游戏引擎中,物理建模都是非常核心的部分。


比如当今最高水平的、大名鼎鼎的引擎UnrealEngine3(虚幻3),比如国产第一单机游戏《仙剑奇侠传》四代与五代采用的引擎Renderware,都有着健壮而强大的代码负责着引擎内部完善的物理建模。

为了设计出立足实际,联系现实的游戏,为了我们研发出能有与现实物理现象大体相同的游戏效果,以致给玩家一个身临其境的游戏体验,我们必须进行合适的物理建模。

其实吧,在任何一款成功的游戏中,有关物理的代码都占着很大的比重,所以在开发游戏过程中,进行优秀的物理建模是非常必要的。

在之后会推出的几节关于游戏物理建模的文章里,我们会介绍一些最基本的物理模型,这些内容暂时不包含微积分的知识,不会超出高中物理的范围,非常的通俗易懂。

但恰恰通过这些看似简单的模型,我们可以毫不费力地亲手编写出属于自己的2D或3D游戏。

至于你信不信,反正浅墨是信了,呵呵。



关于本节的知识点,是匀速与加速运动,他们在游戏领域里运用可谓非常的广泛。

譬如Dota里每个英雄都是以一个固定的速度进行匀速运动的,比如灵魂守卫TerroBlade的初始移动速度就为310,装备鞋子之后就会更快(当然我们这里没考虑英雄被技能和物品减速时的速度),如果是吃了加速神符或者狼人变身之后就是以522的极速进行匀速运动了。又比如《极品飞车》系列涉及到的跑车匀速,变速行驶的问题。又如愤怒的小鸟,我们可以把里面每只小鸟的运动轨迹看做斜抛运动,将其速度按X与Y轴进行分解处理,在鸟飞翔的途中轨迹的运算,运用的就是本节的知识。(重力加速度会在之后的文章里讲解)



本节依旧先是基础知识的讲解,再附上一个demo供大家巩固提高。



一、基础知识讲解



1.匀速运动


通常情况下,一个会移动的物体都是具有“速度”的,这个速度我们可以进行正交分解,看做各个方向上“速度分量”的合成。

这里我们设一个物体的移动速度为V,x方向的速度分量为Vx,y方向上的速度分量为Vy.

匀速运动实际上就是Vx与Vy保持恒定不变。

在设计2D平面上物体的匀速运动时,每次画面更新时,利用物体速度分量Vx与Vy的值来计算下次物体出现的位置,产生物体移动的效果,这样的原理实现方式我们可以表示为:

下次X轴坐标=在X轴上的速度分量+当前X轴坐标

下次Y轴坐标=在Y轴上的速度分量+当前Y轴坐标



2.加速运动



加速运动就是具有加速度的运动,它的速度会随着时间而改变。

公式我们可以表示如下:

V=Vo+at

这是高中物理运动学里最基本的公式了~其中,V为当前速度,V0为初速度,a为加速度,t为物体从速度为V0时记起的时间

那么同样将此速度分解,我们得到:

Vx=Vxo+axt

Vy=Vyo+ayt

我们设时间间隔t=1

则我们可以推算出加入加速度之后,物体下一刻所在的位置:

Sx=Sxo+Vx*1

Sy=Syo+Vy*1

将这两个公式运用到我们的代码里面就可以实现加速运动的模拟了。

这些知识都是非常基础的,实现方式都非常的简单,但是还有颇多细节,希望好学的你能多思考,多挖掘。



二、在一个完整的demo中将知识融会贯通



了解了基本运动学的原理之后,下面我们就来一起看下这节笔记里面的demo,在实例中将本节知识融会贯通。

这节的demo是一个匀速运动,碰到窗口边缘时就进行反弹的“愤怒的小鸟”,非常的可爱。

浅墨感觉学完这节后大家就可以自己实现win7里的那个”多彩气泡“的屏幕保护程序,有兴趣的朋友可以试着写写看,调用一些WindowsAPI函数就来了。

好了,我们依旧贴出详细注释的源代码~

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>


//全局变量声明
HINSTANCE hInst;
HBITMAP	  bg,bird;
HDC		  hdc,mdc,bufdc;
HWND	  hWnd;
DWORD	  tPre,tNow,tCheck;
RECT	  rect;				//定义一个RECT结构体,用于储存内部窗口区域的坐标
int		  x=50,y=50,vx=15,vy=15;   //x与y是小鸟在窗口中的贴图坐标,vx与vy为小鸟在x与y轴运动的速度分量

//全局函数声明
ATOM				MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
BOOL				InitInstance(HINSTANCE, int);
LRESULT CALLBACK	WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
void				MyPaint(HDC hdc);

//****WinMain函数,程序入口点函数**************************************  
int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,
                     HINSTANCE hPrevInstance,
                     LPSTR     lpCmdLine,
                     int       nCmdShow)
{
	MSG msg;

	MyRegisterClass(hInstance);

	//初始化
	if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow)) 
	{
		return FALSE;
	}

	//消息循环
	GetMessage(&msg,NULL,NULL,NULL);            //初始化msg      
    while( msg.message!=WM_QUIT )
    {
        if( PeekMessage( &msg, NULL, 0,0 ,PM_REMOVE) )
        {
            TranslateMessage( &msg );
            DispatchMessage( &msg );
        }
		else
		{
			tNow = GetTickCount();
			if(tNow-tPre >= 40)
				MyPaint(hdc);
		}
    }

	return msg.wParam;
}

//****设计一个窗口类,类似填空题,使用窗口结构体*********************  
ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
{
	WNDCLASSEX wcex;

	wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX); 
	wcex.style			= CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
	wcex.lpfnWndProc	= (WNDPROC)WndProc;
	wcex.cbClsExtra		= 0;
	wcex.cbWndExtra		= 0;
	wcex.hInstance		= hInstance;
	wcex.hIcon			= NULL;
	wcex.hCursor		= NULL;
	wcex.hCursor		= LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
	wcex.hbrBackground	= (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);
	wcex.lpszMenuName	= NULL;
	wcex.lpszClassName	= "canvas";
	wcex.hIconSm		= NULL;

	return RegisterClassEx(&wcex);
}

//****初始化函数*************************************
// 加载位图资源并取得内部窗口区域信息
BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
{
	HBITMAP bmp;
	hInst = hInstance;

	hWnd = CreateWindow("canvas", "浅墨的窗口" , WS_OVERLAPPEDWINDOW,
		CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);

	if (!hWnd)
	{
		return FALSE;
	}

	MoveWindow(hWnd,10,10,600,450,true);
	ShowWindow(hWnd, nCmdShow);
	UpdateWindow(hWnd);

	hdc = GetDC(hWnd);
	mdc = CreateCompatibleDC(hdc);
	bufdc = CreateCompatibleDC(hdc);
	bmp = CreateCompatibleBitmap(hdc,640,480);

	SelectObject(mdc,bmp);

	bg = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"bg.bmp",IMAGE_BITMAP,640,480,LR_LOADFROMFILE);
	bird = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"angrybird.bmp",IMAGE_BITMAP,120,60,LR_LOADFROMFILE);
	
	GetClientRect(hWnd,&rect);		//取得内部窗口区域的大小
	MyPaint(hdc);

	return TRUE;
}

//****自定义绘图函数*********************************
// 1.进行窗口贴图
// 2.计算小鸟贴图坐标并判断小鸟是否碰到窗口边沿
void MyPaint(HDC hdc)
{
	SelectObject(bufdc,bg);
	BitBlt(mdc,0,0,640,480,bufdc,0,0,SRCCOPY);

	SelectObject(bufdc,bird);
	BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,60,0,SRCAND);
	BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,0,0,SRCPAINT);
	

	BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY);

	//计算X轴贴图坐标与速度
	x += vx;
	if(x <= 0)
	{
		x = 0;
		vx = -vx;
	}
	else if(x >= rect.right-60)
	{
		x = rect.right - 60;
		vx = -vx;
	}

	//计算Y轴贴图坐标与速度
	y += vy;		
	if(y<=0)
	{
		y = 0;
		vy = -vy;
	}
	else if(y >= rect.bottom-60)
	{
		y = rect.bottom - 60;
		vy = -vy;
	}

	tPre = GetTickCount();     //记录此次绘图时间
}

////****消息处理函数***********************************  
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
	switch (message)
	{
		case WM_KEYDOWN:					//按键消息
			if(wParam==VK_ESCAPE)			//按下【Esc】键
				PostQuitMessage(0);
			break;
		case WM_DESTROY:					//窗口结束消息  
			DeleteDC(mdc);
			DeleteDC(bufdc);
			DeleteObject(bg);
			DeleteObject(bird);
			ReleaseDC(hWnd,hdc);
			PostQuitMessage(0);
			break;
		default:							//其他消息
			return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
   }
   return 0;
}





运行时会带有幻影的错觉,实际上是因为这样的动画实现方式比较简单。

毕竟画面不是我们目前所追求的东西,目前我们主要学的是思想,关于华丽的游戏画面,这将是我们在后面的DirectX与游戏引擎中才需要讲究的东西。

下面是运行的截图:









这个简单的小demo,运行起来有没有与“愤怒的小鸟”太空版有些神似呢?呵呵


相信继续跟着浅墨一起学习,日积月累,你可以轻易编出比《愤怒的小鸟》更加精彩的游戏,加油加油~





本节到这里就结束了。


本篇的精简版的源代码请点击这里下载:【VisualC++】Note_Code_18

(所谓精简版,就是删除了几个无用的大文件,例如例如sdf,pch,有的朋友因为这个问题在编译的时候遇到了warning与error,其实不用怕,编译器会在第一次编译链接的时候再次生成这些文件,我们只要二次编译就可以了。

本篇的完整版的源代码请点击这里下载:【VisualC++】Note_Code_18_full

(为了不给大家带来编译时的困惑,我补上了这个完整版。以后的文章里面还是会采用上传完整版形式,以免给大家带来不必要的困惑)


感谢一直支持【VisualC++】游戏开发笔记系列专栏的朋友们,也请大家继续关注我的专栏,我一有时间就会把自己的学习心得,觉得比较好的知识点写出来和大家一起分享。

精通游戏开发的路还很长很长,非常希望能和大家一起交流,共同学习,共同进步。

大家看过后觉得值得一看的话,可以顶一下这篇文章,你们的支持是我继续写下去的动力~

如果文章中有什么疏漏的地方,也请大家指正。也希望大家可以多留言来和我探讨编程相关的问题。

最后,谢谢你们一直的支持~~~

——————————浅墨于2012年4月24日

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