Physics Simulation 之 SCNPhysicsBody

Posted on 2023-02-14 Edited on 2023-05-07

此系列为官方文档翻译，用于学习SceneKit

概述

当SceneKit准备渲染新帧时，会对场景中附加在节点上的物理体执行物理计算。这些计算包括重力、摩擦和与其他物体的碰撞。您还可以将自己的力和冲量应用于物体。在SceneKit完成这些计算之后，它会在渲染帧之前更新节点对象的位置和方向。

要向节点添加物理，创建和配置SCNPhysicsBody对象，然后将其分配给SCNNode对象的physicsBody属性。在您应用力或冲量之前，必须将物理体与节点对象关联。

一个物体的物理特性

当场景模拟物体时，SCNPhysicsBody类定义物体的物理特性。对于物理模拟，有三个属性最重要：

type 属性，它确定物体如何与模拟中的力和其他物体交互。静态物体不受力和碰撞影响且无法移动。动态物体受到力和与其他类型物体的碰撞的影响。运动物体不受力或碰撞影响，但可以直接移动它们，从而可能会影响动态物体发生碰撞。
physicsShape 属性，它定义物体的三维形状以进行碰撞检测。使用简单形状而不是节点可见几何的详细信息，物理模拟运行得更快。通常，您将一个物体的物理形状设置为大致匹配节点可见内容的边界框、球体或基本形状。有关创建物理形状的详细信息，请参阅SCNPhysicsShape。
kinematic() 属性。对动态物体施加力或扭矩会导致其加速度（或角加速度）与其质量成比例。

场景中的所有值在SceneKit的物理模拟中使用国际单位制（SI），mass （质量）单位为千克；force （力）、impulse （冲量）和torque （扭矩）的单位是牛顿、牛顿秒和牛顿米；节点位置和大小的距离单位是米。请注意，您不必尝试为物理量提供逼真的值 - 使用产生您所需行为或游戏玩法的任何值即可。
对于动态物体，您可以控制物体受力或碰撞的影响方式。请参阅定义力如何影响物理体。

定义物体的类别和碰撞

当您设计使用物理的游戏时，定义在场景中出现的不同物理对象的各种类别。为您的应用程序的行为定义不同类别的物理体。一个物体可以分配给您想要的这些类别中的任意数量。除了声明自己的类别之外，物理体还声明了它与哪些物体类别交互。

使用categoryBitMask和collisionBitMask属性定义对象的碰撞行为。 SCNPhysicsCollisionCategory 中列出的常量为这些属性提供了默认值。此外，使用 contactTestBitMask 属性，您可以定义一对物体生成接触消息（请参见 SCNPhysicsContactDelegate 协议），而不受到碰撞影响的交互。

物理和渲染循环

SceneKit 将其物理模拟作为 SCNSceneRendererDelegate 中描述的渲染循环的一部分进行评估。在通过此循环的每个步骤中，SceneKit 确定具有附加物理体的所有节点的状态，并为一个时间步长模拟物理对这些物体的影响。例如，通过根据其速度和角速度更新物体的位置或旋转来模拟物理。在模拟物理之后，SceneKit 将物理模拟的结果应用于场景以供显示。

因为您不仅可以通过物理，而且可以通过动作和隐式和显式定义的动画动画 SceneKit 内容，所以 SceneKit 将物理模拟的结果不应用于场景中 SCNNode 对象，而应用于每个节点的呈现对象，表示其当前显示状态。因此，更改受物理影响的节点的属性需要特别考虑。

如果更改受物理影响的节点的变换值或变换的任何其他属性，如位置和旋转之一，SceneKit将重置该节点的物理模拟。如果您只想更改变换的一个组件，同时将其他组件保留为其物理模拟值，请在更改前复制呈现节点的变换，如下所示：

//将演示节点的变换复制到模型节点。
node.transform = node.presentationNode.transform
//更改新变换中的一个组件
node.eulerAngles.z = newRollValue

相关API

创建物理体

1	init(type: SCNPhysicsBodyType, shape: SCNPhysicsShape?)

使用指定的类型和形状创建物理体。

1	class func `static` () -> Self

创建一个不受力或碰撞影响且不能移动的物理体。

1	class func dynamic() -> Self

创建一个可以受力和碰撞影响的物理体。

1	class func kinematic() -> Self

创建一个不受力或碰撞影响，但在移动时可以引起影响其他物体的碰撞的物理体。

定义力如何影响物理体

1	var physicsShape: SCNPhysicsShape?

定义用于碰撞检测的物理体的实体体积。

1	var type: SCNPhysicsBodyType

一个常量，用于确定物理体如何响应力和碰撞。

1	enum SCNPhysicsBodyType

常量，用于确定物理体如何与力和其他物体交互，用于类型属性和创建物理体时。

1	var velocityFactor: SCNVector3

一个乘数，影响SceneKit将物理模拟计算的平移应用于包含物理体的节点。

1	var angularVelocityFactor: SCNVector3

一个乘数，影响SceneKit将物理模拟计算的旋转应用于包含物理体的节点。

1	var isAffectedByGravity: Bool

一个布尔值，用于确定场景中的恒定重力是否加速物体。

定义物体的物理属性

1	var mass: CGFloat

物体的质量，以千克为单位。

1	var charge: CGFloat

物体的电荷，以库仑为单位。

1	var friction: CGFloat

物体的滑动运动阻力。

1	var rollingFriction: CGFloat

物体的滚动运动阻力。

1	var restitution: CGFloat

确定物体在碰撞中损失或获得多少动能的因子。

1	var damping: CGFloat

减少物体的线性速度的因子。

1	var angularDamping: CGFloat

减少物体的角速度的因子。

1	var momentOfInertia: SCNVector3

物体的惯性矩，以包含物体的节点的本地坐标系表示。

1	var usesDefaultMomentOfInertia: Bool

一个布尔值，用于确定SceneKit是否自动计算物体的惯性矩，或允许设置自定义值。

1	var centerOfMassOffset: SCNVector3

物体质心相对于其本地坐标原点的位置。

处理接触和碰撞

1	var categoryBitMask: Int

定义该物理体属于的哪些类别的掩码。

1	var contactTestBitMask: Int

定义哪些类别的物体与此物理体发生交集通知。

1	var collisionBitMask: Int

定义哪些类别的物理体可以与此物理体碰撞。

1	struct SCNPhysicsCollisionCategory

用于物理体的categoryBitMask和collisionBitMask属性的默认值。

1	var continuousCollisionDetectionThreshold: CGFloat

物体必须移动的最小距离，这样SceneKit才能应用更精确（但更昂贵）的算法来检测与其他物体的接触。

应用力、冲量和扭矩

1	func applyForce(SCNVector3, asImpulse: Bool)

将力或冲量应用于物体的质心。

1	func applyForce(SCNVector3, at: SCNVector3, asImpulse: Bool)

将力或冲量应用于物体的特定点。

1	func applyTorque(SCNVector4, asImpulse: Bool)

将净扭矩或角动量变化应用于物体。

1	func clearAllForces()

取消当前模拟步骤中作用于物理体上的所有连续力和扭矩。

在运动的物体中交互

1	var velocity: SCNVector3

描述物理体当前速度（以米/秒为单位）和运动方向的向量。

1	var angularVelocity: SCNVector4

描述物理体当前旋转轴和旋转速度（以弧度/秒为单位）的向量。

定义何时可以移动物体

1	var isResting: Bool

一个布尔值，指示物理体是否静止。

1	var allowsResting: Bool

一个布尔值，指定是否可以自动将物理体标记为静止。

1	func setResting(Bool)

告诉SceneKit是否将物体视为当前正在运动。

将物理体与其节点同步

1	func resetTransform()

更新物体在物理模拟中的位置和方向，以匹配其附加的节点。

实例属性

1 2	var angularRestingThreshold: CGFloat var linearRestingThreshold: CGFloat

扩展

详细内容请看：SCNPhysicsBody

概述