【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~

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


//全局變量聲明
HINSTANCE hInst;
HBITMAP   bg,bird;
HDC       hdc,mdc,bufdc;
HWND      hWnd;
DWORD     tPre,tNow,tCheck;
RECT      rect;             //定義一個RECT結構體，用於儲存內部窗口區域的座標
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

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

//****WinMain函數，程序入口點函數**************************************
int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,
                     HINSTANCE hPrevInstance,
                     LPSTR     lpCmdLine,
                     int       nCmdShow)
{
    MSG msg;

    MyRegisterClass(hInstance);

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

    //消息循環
    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;
}

//****設計一個窗口類，類似填空題，使用窗口結構體*********************
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);
}

//****初始化函數*************************************
// 加載位圖資源並取得內部窗口區域信息
BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
{
    HBITMAP bmp;
    hInst = hInstance;

    hWnd = CreateWindow("canvas", "淺墨的窗口" , 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);      //取得內部窗口區域的大小
    MyPaint(hdc);

    return TRUE;
}

//****自定義繪圖函數*********************************
// 1.進行窗口貼圖
// 2.計算小鳥貼圖座標並判斷小鳥是否碰到窗口邊沿
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);

    //計算X軸貼圖座標與速度
    x += vx;
    if(x <= 0)
    {
        x = 0;
        vx = -vx;
    }
    else if(x >= rect.right-60)
    {
        x = rect.right - 60;
        vx = -vx;
    }

    //計算Y軸貼圖座標與速度
    y += vy;
    if(y<=0)
    {
        y = 0;
        vy = -vy;
    }
    else if(y >= rect.bottom-60)
    {
        y = rect.bottom - 60;
        vy = -vy;
    }

    tPre = GetTickCount();     //記錄此次繪圖時間
}

////****消息處理函數***********************************
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (message)
    {
        case WM_KEYDOWN:                    //按鍵消息
            if(wParam==VK_ESCAPE)           //按下【Esc】鍵
                PostQuitMessage(0);
            break;
        case WM_DESTROY:                    //窗口結束消息
            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;
}

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