【Visual C++】遊戲開發筆記十八 遊戲基礎物理建模(一) 勻速與加速運動

本系列文章由zhmxy555(毛星雲)編寫,轉載請註明出處。 http://blog.csdn.net/zhmxy555/article/details/7496200

作者:毛星雲    郵箱: [email protected]    歡迎郵件交流編程心得



我們可以毫不誇張的說,在當今的任意一款成功的3D遊戲引擎中,物理建模都是非常核心的部分。


比如當今最高水平的、大名鼎鼎的引擎Unreal Engine 3 (虛幻3),比如國產第一單機遊戲《仙劍奇俠傳》四代與五代採用的引擎Renderware,都有着健壯而強大的代碼負責着引擎內部完善的物理建模。

爲了設計出立足實際,聯繫現實的遊戲,爲了我們研發出能有與現實物理現象大體相同的遊戲效果,以致給玩家一個身臨其境的遊戲體驗,我們必須進行合適的物理建模。

其實吧,在任何一款成功的遊戲中,有關物理的代碼都佔着很大的比重,所以在開發遊戲過程中,進行優秀的物理建模是非常必要的。

在之後會推出的幾節關於遊戲物理建模的文章裏,我們會介紹一些最基本的物理模型,這些內容暫時不包含微積分的知識,不會超出高中物理的範圍,非常的通俗易懂。

但恰恰通過這些看似簡單的模型,我們可以毫不費力地親手編寫出屬於自己的2D或3D遊戲。

至於你信不信,反正淺墨是信了,呵呵。



關於本節的知識點,是勻速與加速運動,他們在遊戲領域裏運用可謂非常的廣泛。

譬如Dota裏每個英雄都是以一個固定的速度進行勻速運動的,比如靈魂守衛TerroBlade的初始移動速度就爲310,裝備鞋子之後就會更快(當然我們這裏沒考慮英雄被技能和物品減速時的速度),如果是吃了加速神符或者狼人變身之後就是以522的極速進行勻速運動了。又比如《極品飛車》系列涉及到的跑車勻速,變速行駛的問題。又如憤怒的小鳥,我們可以把裏面每隻小鳥的運動軌跡看做斜拋運動,將其速度按X與Y軸進行分解處理,在鳥飛翔的途中軌跡的運算,運用的就是本節的知識。(重力加速度會在之後的文章裏講解)



本節依舊先是基礎知識的講解,再附上一個demo供大家鞏固提高。



一、基礎知識講解



1.勻速運動


通常情況下,一個會移動的物體都是具有“速度”的,這個速度我們可以進行正交分解,看做各個方向上“速度分量”的合成。

這裏我們設一個物體的移動速度爲V,x方向的速度分量爲Vx,y方向上的速度分量爲Vy,那麼我們可以用下圖來表示:

勻速運動實際上就是Vx與Vy保持恆定不變。

在設計2D平面上物體的勻速運動時,每次畫面更新時,利用物體速度分量Vx與Vy的值來計算下次物體出現的位置,產生物體移動的效果,這樣的原理實現方式我們可以表示爲:

下次X軸座標=在X軸上的速度分量+當前X軸座標

下次Y軸座標=在Y軸上的速度分量+當前Y軸座標



2.加速運動



加速運動就是具有加速度的運動,它的速度會隨着時間而改變。

公式我們可以表示如下:

V=Vo+at

這是高中物理運動學裏最基本的公式了~其中,V爲當前速度,V0爲初速度,a爲加速度,t爲物體從速度爲V0時記起的時間

那麼同樣將此速度分解,我們得到:

Vx=Vxo+axt

Vy=Vyo+ayt

我們設時間間隔t=1

則我們可以推算出加入加速度之後,物體下一刻所在的位置:

Sx=Sxo+Vx*1

Sy=Syo+Vy*1

將這兩個公式運用到我們的代碼裏面就可以實現加速運動的模擬了。

這些知識都是非常基礎的,實現方式都非常的簡單,但是還有頗多細節,希望好學的你能多思考,多挖掘。



二、在一個完整的demo中將知識融會貫通



瞭解了基本運動學的原理之後,下面我們就來一起看下這節筆記裏面的demo,在實例中將本節知識融會貫通。

這節的demo是一個勻速運動,碰到窗口邊緣時就進行反彈的“憤怒的小鳥”,非常的可愛。

淺墨感覺學完這節後大家就可以自己實現win7裏的那個”多彩氣泡“的屏幕保護程序,有興趣的朋友可以試着寫寫看,調用一些Windows API函數就來了。

好了,我們依舊貼出詳細註釋的源代碼~

  1. #include "stdafx.h"  
  2. #include <stdio.h>  
  3.   
  4.   
  5. //全局變量聲明  
  6. HINSTANCE hInst;  
  7. HBITMAP   bg,bird;  
  8. HDC       hdc,mdc,bufdc;  
  9. HWND      hWnd;  
  10. DWORD     tPre,tNow,tCheck;  
  11. RECT      rect;             //定義一個RECT結構體,用於儲存內部窗口區域的座標  
  12. int       x=50,y=50,vx=15,vy=15;   //x與y是小鳥在窗口中的貼圖座標,vx與vy爲小鳥在x與y軸運動的速度分量  
  13.   
  14. //全局函數聲明  
  15. ATOM                MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);  
  16. BOOL                InitInstance(HINSTANCEint);  
  17. LRESULT CALLBACK    WndProc(HWNDUINTWPARAMLPARAM);  
  18. void                MyPaint(HDC hdc);  
  19.   
  20. //****WinMain函數,程序入口點函數**************************************    
  21. int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,  
  22.                      HINSTANCE hPrevInstance,  
  23.                      LPSTR     lpCmdLine,  
  24.                      int       nCmdShow)  
  25. {  
  26.     MSG msg;  
  27.   
  28.     MyRegisterClass(hInstance);  
  29.   
  30.     //初始化  
  31.     if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))   
  32.     {  
  33.         return FALSE;  
  34.     }  
  35.   
  36.     //消息循環  
  37.     GetMessage(&msg,NULL,NULL,NULL);            //初始化msg        
  38.     while( msg.message!=WM_QUIT )  
  39.     {  
  40.         if( PeekMessage( &msg, NULL, 0,0 ,PM_REMOVE) )  
  41.         {  
  42.             TranslateMessage( &msg );  
  43.             DispatchMessage( &msg );  
  44.         }  
  45.         else  
  46.         {  
  47.             tNow = GetTickCount();  
  48.             if(tNow-tPre >= 40)  
  49.                 MyPaint(hdc);  
  50.         }  
  51.     }  
  52.   
  53.     return msg.wParam;  
  54. }  
  55.   
  56. //****設計一個窗口類,類似填空題,使用窗口結構體*********************    
  57. ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)  
  58. {  
  59.     WNDCLASSEX wcex;  
  60.   
  61.     wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);   
  62.     wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;  
  63.     wcex.lpfnWndProc    = (WNDPROC)WndProc;  
  64.     wcex.cbClsExtra     = 0;  
  65.     wcex.cbWndExtra     = 0;  
  66.     wcex.hInstance      = hInstance;  
  67.     wcex.hIcon          = NULL;  
  68.     wcex.hCursor        = NULL;  
  69.     wcex.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);  
  70.     wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);  
  71.     wcex.lpszMenuName   = NULL;  
  72.     wcex.lpszClassName  = "canvas";  
  73.     wcex.hIconSm        = NULL;  
  74.   
  75.     return RegisterClassEx(&wcex);  
  76. }  
  77.   
  78. //****初始化函數*************************************  
  79. // 加載位圖資源並取得內部窗口區域信息  
  80. BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)  
  81. {  
  82.     HBITMAP bmp;  
  83.     hInst = hInstance;  
  84.   
  85.     hWnd = CreateWindow("canvas""淺墨的窗口" , WS_OVERLAPPEDWINDOW,  
  86.         CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);  
  87.   
  88.     if (!hWnd)  
  89.     {  
  90.         return FALSE;  
  91.     }  
  92.   
  93.     MoveWindow(hWnd,10,10,600,450,true);  
  94.     ShowWindow(hWnd, nCmdShow);  
  95.     UpdateWindow(hWnd);  
  96.   
  97.     hdc = GetDC(hWnd);  
  98.     mdc = CreateCompatibleDC(hdc);  
  99.     bufdc = CreateCompatibleDC(hdc);  
  100.     bmp = CreateCompatibleBitmap(hdc,640,480);  
  101.   
  102.     SelectObject(mdc,bmp);  
  103.   
  104.     bg = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"bg.bmp",IMAGE_BITMAP,640,480,LR_LOADFROMFILE);  
  105.     bird = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"angrybird.bmp",IMAGE_BITMAP,120,60,LR_LOADFROMFILE);  
  106.       
  107.     GetClientRect(hWnd,&rect);      //取得內部窗口區域的大小  
  108.     MyPaint(hdc);  
  109.   
  110.     return TRUE;  
  111. }  
  112.   
  113. //****自定義繪圖函數*********************************  
  114. // 1.進行窗口貼圖  
  115. // 2.計算小鳥貼圖座標並判斷小鳥是否碰到窗口邊沿  
  116. void MyPaint(HDC hdc)  
  117. {  
  118.     SelectObject(bufdc,bg);  
  119.     BitBlt(mdc,0,0,640,480,bufdc,0,0,SRCCOPY);  
  120.   
  121.     SelectObject(bufdc,bird);  
  122.     BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,60,0,SRCAND);  
  123.     BitBlt(mdc,x,y,60,60,bufdc,0,0,SRCPAINT);  
  124.       
  125.   
  126.     BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY);  
  127.   
  128.     //計算X軸貼圖座標與速度  
  129.     x += vx;  
  130.     if(x <= 0)  
  131.     {  
  132.         x = 0;  
  133.         vx = -vx;  
  134.     }  
  135.     else if(x >= rect.right-60)  
  136.     {  
  137.         x = rect.right - 60;  
  138.         vx = -vx;  
  139.     }  
  140.   
  141.     //計算Y軸貼圖座標與速度  
  142.     y += vy;          
  143.     if(y<=0)  
  144.     {  
  145.         y = 0;  
  146.         vy = -vy;  
  147.     }  
  148.     else if(y >= rect.bottom-60)  
  149.     {  
  150.         y = rect.bottom - 60;  
  151.         vy = -vy;  
  152.     }  
  153.   
  154.     tPre = GetTickCount();     //記錄此次繪圖時間  
  155. }  
  156.   
  157. ////****消息處理函數***********************************    
  158. LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)  
  159. {  
  160.     switch (message)  
  161.     {  
  162.         case WM_KEYDOWN:                    //按鍵消息  
  163.             if(wParam==VK_ESCAPE)           //按下【Esc】鍵  
  164.                 PostQuitMessage(0);  
  165.             break;  
  166.         case WM_DESTROY:                    //窗口結束消息    
  167.             DeleteDC(mdc);  
  168.             DeleteDC(bufdc);  
  169.             DeleteObject(bg);  
  170.             DeleteObject(bird);  
  171.             ReleaseDC(hWnd,hdc);  
  172.             PostQuitMessage(0);  
  173.             break;  
  174.         default:                            //其他消息  
  175.             return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);  
  176.    }  
  177.    return 0;  
  178. }  





運行時會帶有幻影的錯覺,實際上是因爲這樣的動畫實現方式比較簡單。

畢竟畫面不是我們目前所追求的東西,目前我們主要學的是思想,關於華麗的遊戲畫面,這將是我們在後面的DirectX與遊戲引擎中才需要講究的東西。

下面是運行的截圖:









這個簡單的小demo,運行起來有沒有與“憤怒的小鳥”太空版有些神似呢?呵呵


相信繼續跟着淺墨一起學習,日積月累,你可以輕易編出比《憤怒的小鳥》更加精彩的遊戲,加油加油~



本節到這裏就結束了。


本篇的精簡版的源代碼請點擊這裏下載:  【Visual C++】Note_Code_18

(所謂精簡版,就是刪除了幾個無用的大文件,例如例如sdf,pch,有的朋友因爲這個問題在編譯的時候遇到了warning與error,其實不用怕,編譯器會在第一次編譯鏈接的時候再次生成這些文件,我們只要二次編譯就可以了。)

本篇的完整版的源代碼請點擊這裏下載:  【Visual C++】Note_Code_18_full

(爲了不給大家帶來編譯時的困惑,我補上了這個完整版。以後的文章裏面還是會採用上傳完整版形式,以免給大家帶來不必要的困惑)


感謝一直支持【Visual C++】遊戲開發筆記系列專欄的朋友們,也請大家繼續關注我的專欄,我一有時間就會把自己的學習心得,覺得比較好的知識點寫出來和大家一起分享。

精通遊戲開發的路還很長很長,非常希望能和大家一起交流,共同學習,共同進步。

大家看過後覺得值得一看的話,可以頂一下這篇文章,你們的支持是我繼續寫下去的動力~

如果文章中有什麼疏漏的地方,也請大家指正。也希望大家可以多留言來和我探討編程相關的問題。

最後,謝謝你們一直的支持~~~

——————————淺墨於2012年4月24日



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