台球游戏的核心算法和AI：box2d模型抽象

GameRes游资网授权发布 文 /mumuxinfei

这篇文章, 具体讲解台球游戏的box2d模型抽象, 并给出一个初步版本。

演示:

台球游戏的雏形如下所示:


该台球游戏, 改编自box2dweb的demo程序, 可用鼠标拖动球来移动。

分析:

让我们对台球游戏做个简单的物理抽象, 然后"庖丁解牛", 对每个组件结合box2d进行剖析。


如图所示, 其抽象为6个球袋和6个边框构成, 球袋是球落入的目标, 边框则限定了台球的活动范围。

边框抽象

台球边框相对简单, 其可视为静态物体。 其物理形状就是一条边。


注: 边框转为box2d对象还是简单的。

球袋抽象

球袋本身也是静态物体, 但不同于边框, 其的box2d抽象, 多了点复杂和技巧。?

1)感应设置

球袋区域应为感应区, 球可以进入该区域, 但并不与之发生碰撞反应。

可以通过设定定制器(Fixture)的isSensor属性为true来实现, 如下面代码所示:


注: 其特性为能感知碰撞但不发生碰撞反应

2)落袋有效区域变换

球袋和球的区域相交时, 并不代表球就进洞。 如下图所示:


注: 红球刚好和球袋区域相交, 但红球重心并没有落入球袋的有效范围内。

为了完美解决球进洞的逻辑判断, 我们有两种思路去解决。

一种思路为:从产生的碰撞接触对象b2Contact中, 计算两者的距离, 若两者圆心距离小于球袋半径, 则算进洞, 否则不算。

另一种思路, 是做一个trick的技巧,?构造一个半径 = 球袋半径 - 球半径, 圆心依旧是球袋中心的圆, 并代替作为球袋的box2d物理模型。 该圆若与球相交, 则可以认为球重心落入球袋区域。 这可以免去前者的计算。


注: 绿色的内部圆即是构造的球袋核心圆, 其外部的圆是物理表象的圆。 该场景为球和球袋相交, 但球重心和内部圆没有相交, 即重心没有落入球袋区域。

环绕球袋本身的3/4圆, 则采用多边形来逼近模拟(样例采用16边形), 这也是防止球出有效区域(实际上这个可以忽略)。

球体放置

我们都知道, 台球模拟, 最困难的往往是开球的时候。 一堆球挤在一起, 每个瞬间, 都有好多球彼此互相接触。

球体的堆放其实是有技巧的, 摆放的球体不需要每个都紧挨着的, 可以适当的留些空隙。 如下所示:


整体模拟

由于采用垂直视角看台球桌面, 重力方向是指向内部。 创建世界对象时, 可简单设置gravity为零向量。


而台球桌面本身的摩擦阻力, 由于台球游戏在box2世界, 没有存在相关物理物体, 因此我们需要设置球的线速度减震来模拟台球桌摩擦阻力。


最终台球游戏整体的box2d物理模型, 对转换为如下图:


进球处理

球进球袋后, 需要消失, 可以理解为该球从box2d的物理世界中消除。

对于碰撞反应, box2d提供了两种方式去处理。

1)注册ContactListener方式

2)遍历ContactList列表

样例代码采用第二种方式, 原因如下:

1)ContactListener的回调处于step的模拟过程中,?box2d明确规定step模拟过程中, 不允许修改物理属性。

2)由于台球游戏的物体个数并不多, 因此遍历ContactList列表其性能是可接受的。


注: 该处理代码在world。Step调用之后进行。

总结:

这边的demo图形是借助box2d的DrawDebug来渲染的。 下一步计划用漂亮的素材替换, 并完善台球的游戏规则。 虽然水平有限, 但感觉向前迈出了坚实的一步, 这种感觉挺好的。

相关阅读：台球类html5游戏的AI设计与核心算法的实现