手把手教你物理挖洞与涂抹地形

小篱

效果预览

实现步骤

整体思路是先使用 PolyBool 计算多边形，接着使用 cc.PhysicsChainCollider 将多边形围起来，最后使用 cc.Graphics 将整个地形绘制出来。

引入 PolyBool

PolyBool是什么？对多边形（并集，交集，差，异或）进行运算。(Boolean operations on polygons (union, intersection, difference, xor).)

前往 https://github.com/voidqk/polybooljs 下载。并作为插件脚本。

这个仓库有个 PR 提供了一个声明文件，因为我用的是 TypeScript ，我就把它拿来改改用了。

参考这个库的示例，里面有一个 regions 三维数组记录多边形的信息。

我们也用个三维数组记录当前多边形的形状的数据，并初始化为一个长方形吧！

1. private _regions: number[][][] = [];
   
2. reset() {
   
3.     this._regions = [
   
4.         [[-480, -320], [-480, 250], [480, 250], [480, -320]]
   
5.     ];
   
6. }
   

复制代码

添加物理链条

先在场景中添加物理节点。

为这个节点初始化一些 cc.PhysicsChainCollider ，并开启物理引擎，顺便开启物理调试模式，方便看效果。

1. //onLoad() {
   
2. cc.director.getPhysicsManager().enabled = true;
   
3. cc.director.getPhysicsManager().debugDrawFlags = 1;
   
4. for (let index = 0; index < 100; index++) {
   
5.     const c = this.node_dirty.addComponent(cc.PhysicsChainCollider);
   
6.     c.loop = true;
   
7.     c.enabled = false;
   
8. }

复制代码

接着根据_regions的数值，把points传给物理链条。

1. // draw() {
   
2. const chains = this.node_dirty.getComponents(cc.PhysicsChainCollider);
   
3. chains.forEach((c) => {
   
4.     c.enabled = false;
   
5. })
   
6. for (let index = 0; index < this._regions.length; index++) {
   
7.     const pos = this._regions[index];
   
8.     let poly = chains[index];
   
9.     if (!poly) {
   
10.         poly = this.node_dirty.addComponent(cc.PhysicsChainCollider);
    
11.         poly.loop = true;
    
12.     }
    
13.     poly.points.length = 0;
    
14.     poly.points = pos.map((v, i) => {
    
15.         const v2 = cc.v2(v[0], v[1])
    
16.         return v2;
    
17.     });
    
18.     poly.enabled = true;
    
19. }

复制代码

看看效果。

开始挖洞！

监听一个节点的触摸事件。

1. // onLoad() {
   
2. this.node_dirty.on(cc.Node.EventType.TOUCH_START, this._touchMove, this);
   
3. this.node_dirty.on(cc.Node.EventType.TOUCH_MOVE, this._touchMove, this);
   
4. 在触摸点周围圈一个多边形(类似画一个圈，不清楚的话可以参考上一篇中的把圆围成一个圈)，并使用差集的方法计算新的多边形，计算后再重新画物理链条。
   
5. 
   
6. // const DIG_RADIUS = 50;
   
7. // const DIG_FRAGMENT = 12;
   
8. // _touchMove(touch: cc.Touch) {
   
9. const regions = [[]];
   
10. const pos = this.node_dirty.convertToNodeSpaceAR(touch.getLocation());
    
11. 
    
12. const count = DIG_FRAGMENT;
    
13. for (let index = 0; index < count; index++) {
    
14.     const r = 2 * Math.PI * index / count;
    
15.     const x = pos.x + DIG_RADIUS * Math.cos(r);
    
16.     const y = pos.y + DIG_RADIUS * Math.sin(r);
    
17.     regions[0].push([x, y]);
    
18. }
    
19. 
    
20. const result = PolyBool.difference({
    
21.     regions: this._regions,
    
22.     inverted: false
    
23. }, {
    
24.     regions,
    
25.     inverted: false
    
26. });
    
27. this._regions = result.regions;
    
28. this.draw();

复制代码

看看效果。

填充颜色

先画一个多边形，只需先移动到起点，然后逐一划线，就可以了。

1. // private _drawPoly(ctx, poly) {
   
2. poly.forEach((pos, i) => {
   
3.     if (i === 0)
   
4.         ctx.moveTo(pos.x, pos.y);
   
5.     else
   
6.         ctx.lineTo(pos.x, pos.y);
   
7.     ctx.close();
   
8. });

复制代码

填充思路是基于 canvas 中的 evenodd 规则。

与上面不一样的地方是，我是计算这个多边形被几个大的多边形包围，当是偶数的时候填充泥土的颜色，当是奇数时，填充背景的颜色。

当然，需要注意的是，计数越大的要越后画，这样才能达到最终效果。

1. // draw() {
   
2. const enabled_chains_points=[]
   
3. for (let index = 0; index < this._regions.length; index++) {
   
4.     // 省略与上面相同 draw
   
5.     enabled_chains_points[index] = poly.points;
   
6. }
   
7. this.graphics.clear(true);
   
8. const enabled_chains_points_sort = enabled_chains_points.map((curPoly, curPoly_i) => {
   
9.     const count = enabled_chains_points.reduce((pre, nextPoly, nextPoly_i) => {
   
10.         if ((curPoly_i != nextPoly_i)) {
    
11.             const length = curPoly.length;
    
12.             for (let i = 0; i < length; ++i) {
    
13.                 const p0 = curPoly[i];
    
14.                 if (!cc.Intersection.pointInPolygon(p0, nextPoly))
    
15.                     return pre;
    
16.             }
    
17.             return pre + 1;
    
18.         }
    
19.         return pre;
    
20.     }, 0);
    
21. 
    
22.     return { curPoly, count };
    
23. }).sort((a, b) => {
    
24.     return a.count - b.count;
    
25. })
    
26. enabled_chains_points_sort.forEach(({ curPoly, count }) => {
    
27.     this.graphics.fillColor = count % 2 === 0 ? cc.Color.ORANGE : cc.Color.BLACK;
    
28.     this._drawPoly(this.graphics, curPoly);
    
29.     this.graphics.fill();
    
30. })

复制代码

看看效果如何！

优化

物理引擎

调低物理引擎的步长和处理的迭代次数。

1. // onLoad() {
   
2. // 开启物理步长的设置
   
3. cc.director.getPhysicsManager().enabledAccumulator = true;
   
4. // 物理步长，默认 FIXED_TIME_STEP 是 1/60
   
5. cc.PhysicsManager.FIXED_TIME_STEP = 1 / 30;
   
6. // 每次更新物理系统处理速度的迭代次数，默认为 10
   
7. cc.PhysicsManager.VELOCITY_ITERATIONS = 8;
   
8. // 每次更新物理系统处理位置的迭代次数，默认为 10
   
9. cc.PhysicsManager.POSITION_ITERATIONS = 8;

复制代码

多边形的顶点

计算的过程中，可能会带有小数，我们可以把所有的点都优化到整数范围。

1. //const DIG_OPTIMIZE_SIZE = 1;
   
2. private _optimizePoint(point) {
   
3.     return [Math.floor(point[0] * DIG_OPTIMIZE_SIZE) / DIG_OPTIMIZE_SIZE, Math.floor(point[1] * DIG_OPTIMIZE_SIZE) / DIG_OPTIMIZE_SIZE];
   
4. }

复制代码

DIG_OPTIMIZE_SIZE也可以改大一点，就是把图中红色的点都算作灰色的点。

多边形的边

需要剔除一些长度为0的边。

去除一些共线的边，这边用到了向量的叉乘，关于向量的点乘和叉乘介绍可以参考之前的这一篇文章。

1. private _optimizeRegions() {
   
2.     const regions = [];
   
3.     for (let index = 0; index < this._regions.length; index++) {
   
4.         const pos = this._regions[index];
   
5.         const newPos = [];
   
6.         pos.forEach((p, i) => {
   
7.             p = this._optimizePoint(p);
   
8.             const p_pre = this._optimizePoint(pos[(i - 1 + pos.length) % pos.length]);
   
9.             const p_next = this._optimizePoint(pos[(i + 1) % pos.length]);
   
10.             const vec1 = cc.v2(p[0] - p_pre[0], p[1] - p_pre[1]);
    
11.             const vec2 = cc.v2(p_next[0] - p[0], p_next[1] - p[1]);
    
12.             if (vec1.lengthSqr() != 0 && vec2.lengthSqr() != 0 && vec1.cross(vec2) != 0) {
    
13.                 newPos.push(p);
    
14.             }
    
15.         })
    
16. 
    
17.         if (newPos.length > 2) {
    
18.             regions.push(newPos);
    
19.         }
    
20.     }
    
21.     this._regions = regions;
    
22. }

复制代码

触摸平滑连续

当手指滑动时，如果 touch_move 的抓取的两个点距离比较大的话，就会出现不平滑的情况。

这里用到向量的点乘帮助我们解决这个问题，不清楚向量计算参考之前的这一篇文章。

算出两个触摸点和各自边的向量，与移动的方向向量关系，可以确定整个多边形的点。

当两个偏移点距离太小我们就忽略。

1. // private _touchMove(touch: cc.Touch) {
   
2. const regions = [[]];
   
3. const pos = this.graphics.node.convertToNodeSpaceAR(touch.getLocation());
   
4. const delta = touch.getDelta();
   
5. const count = DIG_FRAGMENT;
   
6. if (delta.lengthSqr() < 5) {
   
7.     for (let index = 0; index < count; index++) {
   
8.         const r = 2 * Math.PI * index / count;
   
9.         const x = pos.x + DIG_RADIUS * Math.cos(r);
   
10.         const y = pos.y + DIG_RADIUS * Math.sin(r);
    
11.         regions[0].push(this._optimizePoint([x, y]));
    
12.     }
    
13. } else {
    
14.     const startPos = pos.sub(delta);
    
15.     for (let index = 0; index < count; index++) {
    
16.         const r = 2 * Math.PI * index / count;
    
17.         let vec_x = DIG_RADIUS * Math.cos(r);
    
18.         let vec_y = DIG_RADIUS * Math.sin(r);
    
19.         let x, y;
    
20.         if (delta.dot(cc.v2(vec_x, vec_y)) > 0) {
    
21.             x = pos.x + vec_x;
    
22.             y = pos.y + vec_y;
    
23.         } else {
    
24.             x = startPos.x + vec_x;
    
25.             y = startPos.y + vec_y;
    
26.         }
    
27.         regions[0].push(this._optimizePoint([x, y]));
    
28.     }
    
29. }

复制代码

调用 PolyBool 的优化

在这个库 https://github.com/voidqk/polybooljs 中提到了更高级的用法。

1. // private _touchMove(touch: cc.Touch) {
   
2. const seg1 = PolyBool.segments({
   
3.     regions: this._regions,
   
4.     inverted: false
   
5. });
   
6. const seg2 = PolyBool.segments({
   
7.     regions,
   
8.     inverted: false
   
9. });
   
10. const comb = PolyBool.combine(seg1, seg2);
    
11. const result = PolyBool.polygon(PolyBool.selectDifference(comb));

复制代码

其他

另一种实现思路

首先创建一堆刚体铺满所有泥土，在监听到触摸事件后，移除对应位置的刚体。

算法参考

多边形算法我没有深究其实现，如果要做到更好的优化，可能需要自己去实现其中的算法，可以把上面的优化点融入到算法中。以下是一些相关算法的参考资料。


•http://www.cs.ucr.edu/~vbz/cs230papers/martinez_boolean.pdf
•https://hal.inria.fr/inria-00517670/document
•https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0965997813000379

可能的问题

在web端测试感觉比较流畅，未在native端测试，也没有在微信小游戏端做测试。

小结

可能有其他更好的方案去实现这个功能，如果你有更好的方案，欢迎分享！欢迎加入qq交流群（859642112）一起讨论，群里收集了一些我认为还不错的书籍和资料。

效果预览

实现步骤

整体思路是，先用 Clipper 去计算多边形，接着用 poly2tri 将多边形分割成多个三角形，最后用多边形刚体填充。

引入第三方库

Clipper

Clipper 是一个强大的用于多边形计算的运算库。前往下面这个地址下载，并作为插件导入 creator 。

http://jsclipper.sourceforge.net

为什么这次不用 物理挖洞-实现篇 中的 PolyBool 呢？

经测试发现 Clipper 的效率会比 PolyBool 高，并且 Clipper 内置了一个方法可以明确知道哪些多边形是洞。

poly2tri

poly2tri 是一个把多边形分割成三角形的库。下载地址如下：

https://github.com/r3mi/poly2tri.js

poly2tri 的使用有一些要注意的，大致就是不能有重复的点，不能有相交的形状。

初始化准备

先在场景中添加一个物理节点，一个绘图组件(用来画图)。

接着把物理引擎打开，监听触摸事件。

1. // onLoad() {
   
2. // 多点触控关闭
   
3. cc.macro.ENABLE_MULTI_TOUCH = false;
   
4. cc.director.getPhysicsManager().enabled = true;
   
5. 
   
6. this.node_dirty.on(cc.Node.EventType.TOUCH_START, this._touchMove, this);
   
7. this.node_dirty.on(cc.Node.EventType.TOUCH_MOVE, this._touchMove, this);
   
8. // }

复制代码

扩展多边形碰撞的组件

为了方便管理多边形碰撞组件，新建一个脚本 PhysicsPolygonColliderEx.ts。

初始化

因为物理碰撞体需要物理刚体，我们可以加一些限制，并把这个菜单指向物理碰撞体的菜单中。

1. const { ccclass, property, menu, requireComponent } = cc._decorator;
   
2. @ccclass
   
3. @menu("i18n:MAIN_MENU.component.physics/Collider/PolygonEX-lamyoung.com")
   
4. @requireComponent(cc.RigidBody)
   
5. export default class PhysicsPolygonColliderEx extends cc.Component {
   
6. }

复制代码

我们就可以在刚体节点中添加这个插件脚本了。

既然要用到多边形碰撞体，就定义一个多边形碰撞体数组。

1. private _physicsPolygonColliders: cc.PhysicsPolygonCollider[] = [];

复制代码

因为 Clipper 中计算的结构是 {X,Y}。

所以加个变量记录多边形顶点信息。

1. private _polys: { X: number, Y: number }[][] = [];

复制代码

因为不同的库用的数据结构不同，所以添加两个转换方法。

1. private _convertVecArrayToClipperPath(poly: cc.Vec2[]) {
   
2.     return poly.map((p) => { return { X: p.x, Y: p.y } });
   
3. }
   
4. 
   
5. private _convertClipperPathToPoly2triPoint(poly: { X: number, Y: number }[]) {
   
6.     return poly.map((p) => { return new poly2tri.Point(p.X, p.Y) });
   
7. }

复制代码

加一个初始化数据的接口。

1. init(polys: cc.Vec2[][]) {
   
2.     this._polys = polys.map((v) => { return this._convertVecArrayToClipperPath(v) });
   
3. }

复制代码

计算多边形

参考 Clipper 中的使用例子，写一个多边形差集调用。

1. //polyDifference(poly: cc.Vec2[]) {
   
2. const cpr = new ClipperLib.Clipper();
   
3. const subj_paths = this._polys;
   
4. const clip_paths = [this._convertVecArrayToClipperPath(poly)]
   
5. cpr.AddPaths(subj_paths, ClipperLib.PolyType.ptSubject, true);
   
6. cpr.AddPaths(clip_paths, ClipperLib.PolyType.ptClip, true);
   
7. const subject_fillType = ClipperLib.PolyFillType.pftEvenOdd;
   
8. const clip_fillType = ClipperLib.PolyFillType.pftEvenOdd;
   
9. const solution_polytree = new ClipperLib.PolyTree();
   
10. cpr.Execute(ClipperLib.ClipType.ctDifference, solution_polytree, subject_fillType, clip_fillType);
    
11. const solution_expolygons = ClipperLib.JS.PolyTreeToExPolygons(solution_polytree);
    
12. this._polys = ClipperLib.Clipper.PolyTreeToPaths(solution_polytree);

复制代码

分割多边形并添加刚体

参考 poly2tri 中的使用，写一个多边形分割成三角形的调用。记得要把上面返回的数据转成 poly2tri 中可以使用的数据格式。

1. // polyDifference(poly: cc.Vec2[]) {
   
2. let _physicsPolygonColliders_count = 0;
   
3. for (const expolygon of solution_expolygons) {
   
4.     const countor = this._convertClipperPathToPoly2triPoint(expolygon.outer);
   
5.     const swctx = new poly2tri.SweepContext(countor);
   
6.     const holes = expolygon.holes.map(h => { return this._convertClipperPathToPoly2triPoint(h) });
   
7.     swctx.addHoles(holes);
   
8.     swctx.triangulate();
   
9.     const triangles = swctx.getTriangles();
   
10.     // 逐一处理三角形...
    
11. }

复制代码

然后再逐一处理分割好的三角形，修改 cc.PhysicsPolygonCollider 的 points 属性。

1. // 逐一处理三角形...
   
2. for (const tri of triangles) {
   
3.     let c = this._physicsPolygonColliders[_physicsPolygonColliders_count];
   
4.     if (!c) {
   
5.         //没有的话就创建
   
6.         c = this.addComponent(cc.PhysicsPolygonCollider);
   
7.         c.friction = 0;
   
8.         c.restitution = 0;
   
9.         this._physicsPolygonColliders[_physicsPolygonColliders_count] = c;
   
10.     }
    
11.     c.points = tri.getPoints().map((v, i) => {
    
12.         return cc.v2(v.x, v.y)
    
13.     });
    
14.     c.apply();
    
15.     _physicsPolygonColliders_count++;
    
16. }
    
17. // 剩余不要用的多边形清空。
    
18. this._physicsPolygonColliders.slice(_physicsPolygonColliders_count).forEach((v => {
    
19.     if (v.points.length) {
    
20.         v.points.length = 0;
    
21.         v.apply();
    
22.     }
    
23. }));

复制代码

绘制泥土

只要在遍历三角形的时候逐点画线就行了。

1. if (i === 0) ctx.moveTo(v.x, v.y);
   
2. else ctx.lineTo(v.x, v.y);

复制代码

添加命令队列

为了不让每帧计算量过多，添加一个命令队列。

1. private _commands: { name: string, params: any[] }[] = [];
   
2. 
   
3. pushCommand(name: string, params: any[]) {
   
4.     this._commands.push({ name, params });
   
5. }

复制代码

在每次更新的时候，取出几个命令去执行。

1. lateUpdate(dt: number) {
   
2.     if (this._commands.length) {
   
3.         // 每帧执行命令队列
   
4.         for (let index = 0; index < 2; index++) {
   
5.             const cmd = this._commands.shift();
   
6.             if (cmd)
   
7.                 this[cmd.name](...cmd.params);
   
8.             else
   
9.                 break;
   
10.         }
    
11.     }
    
12. }

复制代码

涂抹地形

整体思路和 物理挖洞-优化篇 和 物理挖洞-实现篇 差不多。不清楚的话，可以回看这两篇文章。

这次不同的是，加了一个涂抹步长控制，当涂抹间隔太小的时候，就不参与计算。

1. private _touchStartPos: cc.Vec2;
   
2. private _touchStart(touch: cc.Touch) {
   
3.     this._touchStartPos = undefined;
   
4.     this._touchMove(touch);
   
5. }
   
6. 
   
7. private _touchMove(touch: cc.Touch) {
   
8.     const regions: cc.Vec2[] = [];
   
9.     const pos = this.graphics.node.convertToNodeSpaceAR(touch.getLocation());
   
10. 
    
11.     const count = DIG_FRAGMENT;
    
12.     if (!this._touchStartPos) {
    
13.         // 画一个圆（其实是多边形）
    
14.         for (let index = 0; index < count; index++) {
    
15.             const r = 2 * Math.PI * index / count;
    
16.             const x = pos.x + DIG_RADIUS * Math.cos(r);
    
17.             const y = pos.y + DIG_RADIUS * Math.sin(r);
    
18.             regions.push(this._optimizePoint([x, y]));
    
19.         }
    
20.         this._touchStartPos = pos;
    
21.     } else {
    
22.         const delta = pos.sub(this._touchStartPos);
    
23.         // 手指移动的距离太小的话忽略
    
24.         if (delta.lengthSqr() > 25) {
    
25.             // 这里是合并成一个顺滑的图形  详细上一篇文章
    
26.             const startPos = this._touchStartPos;
    
27.             for (let index = 0; index < count; index++) {
    
28.                 const r = 2 * Math.PI * index / count;
    
29.                 let vec_x = DIG_RADIUS * Math.cos(r);
    
30.                 let vec_y = DIG_RADIUS * Math.sin(r);
    
31.                 let x, y;
    
32.                 if (delta.dot(cc.v2(vec_x, vec_y)) > 0) {
    
33.                     x = pos.x + vec_x;
    
34.                     y = pos.y + vec_y;
    
35.                 } else {
    
36.                     x = startPos.x + vec_x;
    
37.                     y = startPos.y + vec_y;
    
38.                 }
    
39.                 regions.push(this._optimizePoint([x, y]));
    
40.             }
    
41.             this._touchStartPos = pos;
    
42.         }
    
43.     }
    
44. 
    
45.     if (regions.length)
    
46.         this.polyEx.pushCommand('polyDifference', [regions, this.graphics]);
    
47. }
    
48. 
    
49. private _touchEnd(touch: cc.Touch) {
    
50.     this._touchStartPos = undefined;
    
51. }

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作者：lamyoung
来源：微信公众号“白玉无冰”
原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/0vqPNDUPWH760INGBNTeXA