物理場景

物理模擬（Physics Simulation）主要用來實現(xiàn)：

• 將動態(tài)行為添加到場景中的對象
• 檢測碰撞并響應物體之間的接觸
• 模擬真實的物理效應，如重力，彈力和 汽車模擬

1. 物理體（Physics Bodies）

1.1 SCNPhysicsBody 類

添加到節(jié)點上的物理模擬屬性。

當SceneKit準備渲染新的一幀時，它會對連接到場景中節(jié)點的物理實體執(zhí)行物理計算。 這些計算包括重力，摩擦以及與其他物體的碰撞。 你也可以將自己的力量和沖動應用于身體。 SceneKit完成這些計算后，它會在渲染幀之前更新節(jié)點對象的位置和方向。

要將物理模擬添加到節(jié)點，請創(chuàng)建并配置一個 SCNPhysicsBody 對象，然后將其賦給 SCNNode對象 的 physicsBody 屬性。 在對其施加力或沖擊之前，物理體必須與節(jié)點對象相關聯(lián)。

planeNode.physicsBody = SCNPhysicsBody(type:.kinematic, shape: nil)

1.1.1 一個對象的物理特征

SCNPhysicsBody 類在場景模擬時定義身體的物理特征。 有三個重要的屬性：

• type 屬性，用于確定對象在模擬中如何與力和其他物體進行交互：① 靜態(tài)物體(static)不受力量和碰撞的影響，不能移動；② 動態(tài)物體(dynamic)受到力量和與其他身體類型碰撞的影響；③ 運動物體(kinematic)不受力或碰撞的影響，但通過直接移動它們，可能會導致影響動態(tài)物體的碰撞。

• physicsShape 屬性，它定義用于碰撞檢測目的的三維形體。 使用簡單形狀代替節(jié)點的可見幾何體的精細細節(jié)時，物理模擬運行速度更快。 通常，您將一個物體的物理形狀設置為與其節(jié)點的可見內容大致相匹配的邊界框，球體或原始形狀。 有關創(chuàng)建物理形狀的詳細信息，請參閱 SCNPhysicsShape。

• kinematic() 屬性， 對動力體（dynamic body）施加力或力矩會導致與其質量成比例的加速度（或角加速度）。

1.1.2 定義一個物體的類別和碰撞（Category and Collisions）

當你設計使用物理效果的游戲時，你可以按需在場景中定義不同類別的物理體。一個物理體可以分配到多個類別中。 除了聲明對象自己的類別之外，它還會聲明它可以與哪些類別的物理體進行交互。

使用 categoryBitMask 和 collisionBitMask 屬性來定義對象的碰撞行為。 SCNPhysicsCollisionCategory中列出的常量為這些屬性提供默認值。 另外，通過 contactTestBitMask 屬性，實現(xiàn) SCNPhysicsContactDelegate 的協(xié)議方法，可以獲取到發(fā)生碰撞的對象 。

關于碰撞和類別，另外有一篇博客專門講解。

1.1.3 與之相關的類

”物理場”會產生影響某個區(qū)域所有物體的力量，例如渦旋和引力吸引力。 有關可用字段類型的詳細信息和列表，后面 SCNPhysicsField類 會詳細講解。

你可以添加更高級別的行為來控制多個物體之間的交互，例如關節(jié)和輪式車輛。 有關可用行為的詳細信息和列表，后面 SCNPhysicsBehavior會詳細講解。

場景的physicsWorld屬性包含一個 SCNPhysicsWorld 對象，用于管理影響整個場景的物理特性。

1.1.4 物理模擬和渲染循環(huán)

SceneKit 將物理模擬作為渲染循環(huán)的一部分，遵守 SCNSceneRendererDelegate 協(xié)議，在每次渲染循環(huán)的時候，SceneKit 確定每個添加在每個節(jié)點上的物理模擬，并且同步計算出物理模擬對物體的影響。

例如，基于速度更新物體的位置，SceneKit將物理模擬的結果應用到場景中進行顯示。

不僅可以通過物理模擬為 SceneKit 內容創(chuàng)建動畫，還可以通過動作（action）來隱式或顯式定義的動畫。

注意， SceneKit并不是將物理模擬的結果應用于場景中的 SCNNode 對象，而是應用于表示其當前顯示狀態(tài)的每個節(jié)點的表示對象。因此，改變受物理影響的節(jié)點的屬性需要特別考慮。

如果更改變 transform 屬性或者transform 屬性中的某個值（如物理位置或旋轉），則 SceneKit 將重置該節(jié)點的物理模擬。

如果只想更改變換 transform 中的某個值，請在進行更改之前復制該演示節(jié)點的transform ，如下所示：

// Copy the presentation node's transform to the model node.
node.transform = node.presentationNode.transform
// Change one component of the new transform
node.eulerAngles.z = newRollValue

SCNPhysicsShape 類

對物理體的外觀的抽象，用于調整碰撞檢測。

當SceneKit為場景中的 SCNPhysicsBody對象 執(zhí)行接觸檢測和其他模擬時，它將使用 SCNPhysicsShape 描述的物理形狀，而不是可見對象的渲染幾何體。 這種方法既提高了仿真性能，又可讓你更輕松地設計玩家可與之互動的場景元素周圍的游戲玩法。

2. 碰撞和接觸檢測

SCNPhysicsContactDelegate 協(xié)議

當場景中兩個物理實體之間發(fā)生接觸或碰撞（Contact）時，可以使用這些方法進行響應。

要接收 Contact 消息，請設置 SCNPhysicsWorld 對象的 contactDelegate 屬性。 當 Contact 開始，Contact 信息發(fā)生變化以及 Contact結束時，SceneKit 會調用委托方法。

SCNPhysicsContact 類

兩個物理體之間接觸的詳細信息。

開發(fā)者不直接創(chuàng)建 SCNPhysicsContact 實例; 無論何時發(fā)生contact ，SceneKit都會自動創(chuàng)建這些對象。

要接收 contact 消息，設置 SCNPhysicsWorld 對象的 contactDelegate 屬性后，實現(xiàn) SCNPhysicsContactDelegate 協(xié)議方法。 接下來，對于場景中的每個物理實體，設置 categoryBitMask和 collisionBitMask屬性以定義哪些交互應生成contact 消息。

這一塊剛開始不好理解，三言兩語難講清楚，詳細請參考 SceneKit中的物理模擬 | Bit-masks 。

3. 物理場景（ Physics in a Scene ）

SCNPhysicsWorld

全局模擬場景中的碰撞，重力，關節(jié)和其他物理效應。
不要直接創(chuàng)建SCNPhysicsWorld對象; 相反，參考請 SCNScene對象的physicsWorld 屬性。 使用物理世界對象來執(zhí)行以下任務：

• 管理物理模擬的全局屬性，例如其速度和恒定的引力（為了更精確地控制重力和類似的效果，請參閱 SCNPhysicsField 類）
• 注冊修改場景中物理實體（如關節(jié)和車輛）之間交互的行為。 有關更多詳細信息，請參閱 SCNPhysicsBehavior
• 當兩個物理體彼此接觸時，指定一個委托對象來接收消息

SCNPhysicsField 類

SCNPhysicsField 對象可以將引力、電磁和氣流等外力應用于物理體的特定區(qū)域上。

您可以創(chuàng)建許多類型的場效應，例如引力，電磁和氣流。 要將場效應添加到場景中，請創(chuàng)建要使用的類型的物理場，然后將其附加到場景中節(jié)點的physicsField 屬性。

物理場可以影響 SCNPhysicsBody對象 和 SCNParticleSystem對象產生的粒子。

電磁場.gif

SCNPyhsicsBehavior 類

包含多個物理體的的關節(jié)、車輛模擬和其他高級行為的抽象父類。

SCNPhysicsBehavior對象定義一個或多個物理體的高級行為，修改物理模擬的結果。 這些高級行為包括連接多個物體的關節(jié)，以便它們一起移動；車輛定義，使物體像汽車一樣滾動。 你從不直接使用這個類; 相反，你實例化了一個定義你想添加到物理世界中的行為類型的子類。

4. 關節(jié)（Joints）

SCNPhysicsHingeJoint 類

連接兩個物體并允許它們在一個軸上相互轉動的物理行為。

鉸鏈（Hinge）具有單一的自由度（旋轉）。 你還可以使用鉸鏈連接來固定物體，以便它只能通過圍繞包含它的節(jié)點的坐標空間中的特定軸旋轉來移動。

Hinge.gif

SCNPhysicsSliderJoint 類

連接兩個物體并允許它們相互滑動并圍繞其連接點旋轉的物理行為。

根據(jù)滑塊（Slider）關節(jié)是否允許滑動或旋轉，滑塊關節(jié)可以具有零個，一個或兩個自由度。 您還可以使用滑塊接頭固定一個物體，以便只能通過在包含該物體的節(jié)點的坐標空間中滑動特定的軸來移動物體。 您也可以使用滑塊接頭作為電機，對連接的物體施加力或扭矩。

Slider Joint 運動.gif

SCNPhysicsBallSocketJoint 類

連接兩個物理體并允許它們在任何方向上相互轉動的物理行為。

Ball Socket Joint

動圖來自 Physics Joints in Unity 2D 一文中。

5. 汽車模擬（Vehicle Simulation）

Physics Vehicle.png

SCNPhysicsVehicle類

一種物理行為，修改一個物理體的行為，像汽車，摩托車或其他輪式車輛。

要搭建一輛車，請將 SCNPhysicsBody對象 指定為底盤，并將SCNPhysicsVehicleWheel對象作為其車輪。 對于每個車輪，您可以定義懸架和牽引力等物理特征，并將場景中的節(jié)點關聯(lián)起來以提供車輪的大小和視覺表示。 在構建車輛后，可以通過加速，制動和轉向來控制它。

盡管也可以使用一組物理體和關節(jié)來共同模擬輪式車輛，但 SCNPhysicsVehicle類實現(xiàn)了更高級別的仿真，可以提供逼真的車輛行為和更高效的仿真性能。

SCNPhysicsVehicleWheel 類

上面已經提到了，SCNPhysicsVehicleWheel是與物理車輛行為相關的單個車輪的外觀和物理特征。

Physics Vehicle.gif