【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

转载 于 2012-12-11 00:12:50 发布 · 554 阅读 · 0

本文深入探讨游戏物理建模的核心部分，包括匀速与加速运动的基本概念及其在游戏中的应用，通过愤怒的小鸟等实例，演示如何在代码中实现这些物理效果。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >


本系列文章由zhmxy555（毛星云）编写，转载请注明出处。 http://blog.youkuaiyun.com/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Unreal Engine 3 （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Windows API函数就来了。

好了，我们依旧贴出详细注释的源代码~

[cpp] view plain copy print ?
  1. #include "stdafx.h"
  2. #include <stdio.h>
  5. //全局变量声明
  6. HINSTANCE hInst;
  7. HBITMAP bg,bird;
  8. HDC hdc,mdc,bufdc;
  9. HWND hWnd;
  10. DWORD tPre,tNow,tCheck;
  11. RECT rect; //定义一个RECT结构体，用于储存内部窗口区域的坐标
  12. 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
  14. //全局函数声明
  15. ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);
  16. BOOL InitInstance(HINSTANCE, int);
  17. LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
  18. void MyPaint(HDC hdc);
  20. //****WinMain函数，程序入口点函数**************************************
  21. int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,
  22. HINSTANCE hPrevInstance,
  23. LPSTR lpCmdLine,
  24. int nCmdShow)
  25. {
  26. MSG msg;
  28. MyRegisterClass(hInstance);
  30. //初始化
  31. if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))
  32. {
  33. return FALSE;
  34. }
  36. //消息循环
  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. }
  53. return msg.wParam;
  54. }
  56. //****设计一个窗口类，类似填空题，使用窗口结构体*********************
  57. ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)
  58. {
  59. WNDCLASSEX wcex;
  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;
  75. return RegisterClassEx(&wcex);
  76. }
  78. //****初始化函数*************************************
  79. // 加载位图资源并取得内部窗口区域信息
  80. BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
  81. {
  82. HBITMAP bmp;
  83. hInst = hInstance;
  85. hWnd = CreateWindow("canvas", "浅墨的窗口" , WS_OVERLAPPEDWINDOW,
  86. CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);
  88. if (!hWnd)
  89. {
  90. return FALSE;
  91. }
  93. MoveWindow(hWnd,10,10,600,450,true);
  94. ShowWindow(hWnd, nCmdShow);
  95. UpdateWindow(hWnd);
  97. hdc = GetDC(hWnd);
  98. mdc = CreateCompatibleDC(hdc);
  99. bufdc = CreateCompatibleDC(hdc);
  100. bmp = CreateCompatibleBitmap(hdc,640,480);
  102. SelectObject(mdc,bmp);
  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);
  107. GetClientRect(hWnd,&rect); //取得内部窗口区域的大小
  108. MyPaint(hdc);
  110. return TRUE;
  111. }
  113. //****自定义绘图函数*********************************
  114. // 1.进行窗口贴图
  115. // 2.计算小鸟贴图坐标并判断小鸟是否碰到窗口边沿
  116. void MyPaint(HDC hdc)
  117. {
  118. SelectObject(bufdc,bg);
  119. BitBlt(mdc,0,0,640,480,bufdc,0,0,SRCCOPY);
  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);
  126. BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY);
  128. //计算X轴贴图坐标与速度
  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. }
  141. //计算Y轴贴图坐标与速度
  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. }
  154. tPre = GetTickCount(); //记录此次绘图时间
  155. }
  157. ////****消息处理函数***********************************
  158. LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  159. {
  160. switch (message)
  161. {
  162. case WM_KEYDOWN: //按键消息
  163. if(wParam==VK_ESCAPE) //按下【Esc】键
  164. PostQuitMessage(0);
  165. break;
  166. case WM_DESTROY: //窗口结束消息
  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. } 
#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： 【Visual C++】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： 【Visual C++】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【Visual C++】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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