一、前言
這篇文章是為后續(xù)小游戲的開(kāi)發(fā)做理論鋪墊的。嗯，我們前面已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)討論了很多 Godot 中的一些基礎(chǔ)元素、基本功能，最后也順理成章地完成了兩個(gè)小 Demo ：
這兩個(gè)游戲?qū)嶋H上并沒(méi)有很大的區(qū)別，都是簡(jiǎn)單地進(jìn)行上下左右移動(dòng)并完成一些特定功能，所以我打算接下來(lái)做一個(gè)更常見(jiàn)，更流行的 2D 游戲： 2D Platformer Game ，即所謂的平臺(tái)游戲！在開(kāi)啟這個(gè)游戲之前，我們先一起來(lái)討論平臺(tái)游戲中涉及到的最重要的一些游戲理論知識(shí)： 2D 碰撞檢測(cè)理論。
這些理論涉及到了我們之前討論過(guò)的 Area2D 節(jié)點(diǎn)以及 KinematicBody2D/RigidBody2D/KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)，以及相關(guān)碰撞圖層和碰撞圖層掩碼知識(shí)。另外，本文還會(huì)詳細(xì)講述 KinematicBody2D 在游戲中常用的兩個(gè)重要方法： move_and_collide() 以及 move_and_slide() 的區(qū)別和聯(lián)系。本文內(nèi)容參考了 KidsCanCode 的一篇文章： Godot 3.0: Using KinematicBody2D ，然后結(jié)合我自己的一些探索實(shí)踐完成。 :smiley:
主要內(nèi)容：碰撞理論以及正確使用 KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)
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二、正文
本篇目標(biāo)
- 四個(gè)節(jié)點(diǎn)回顧： KinematicBody2D/RigidBody2D/StaticBody2D/Area2D
- 碰撞圖層和碰撞圖層掩碼： Collision Layers/Collision Masks
- 兩個(gè)重要方法的區(qū)別和聯(lián)系： move_and_collide/move_and_slide
三個(gè)物理節(jié)點(diǎn)
在 Godot 中有三個(gè)常用的 2D 節(jié)點(diǎn)，它們具有碰撞檢測(cè)與反饋的功能，這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)區(qū)別在我之前的文章中已經(jīng)討論過(guò)：Godot3游戲引擎入門之五：上下左右移動(dòng)動(dòng)畫(huà)（下），搬用之前的表格，他們之間的關(guān)系和應(yīng)用場(chǎng)景大致如下：
| 節(jié)點(diǎn)名 | StaticBody2D | RigidBody2D | KinematicBody2D |
|---|---|---|---|
| 節(jié)點(diǎn)名稱 | 靜態(tài)碰撞節(jié)點(diǎn)（ 2D ） | 剛體節(jié)點(diǎn)（ 2D ） | 運(yùn)動(dòng)學(xué)節(jié)點(diǎn)（ 2D ） |
| 基本特性 | 自動(dòng)碰撞檢測(cè)，位置固定不變 | 自動(dòng)碰撞檢測(cè)，產(chǎn)生碰撞響應(yīng)：有線速度、角速度等 | 參與碰撞檢測(cè)，無(wú)自動(dòng)響應(yīng)，完全由代碼控制移動(dòng) |
| 使用場(chǎng)景 | 一般用于固定的墻壁、地面等 | 一般用于受外界影響而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的物體，比如球體、隕石等 | 主要用于由代碼控制的帶物理屬性的玩家 |
我們?cè)?Godot 編輯器中按 <kbd>F4</kbd> 查找 API ，可以看到這三個(gè)節(jié)點(diǎn)都是直接繼承于 PhysicsBody2D 的，說(shuō)明它們都是物理節(jié)點(diǎn)，而 PhysicsBody2D 又繼承于 CollisionObject2D 具有碰撞檢測(cè)功能。另外， CollisionObject2D 節(jié)點(diǎn)還有另外一個(gè)子類，這個(gè)子類也是我們之前提過(guò)并在游戲中應(yīng)用過(guò)的 Area2D 節(jié)點(diǎn)。關(guān)于這四個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用我舉幾個(gè)常見(jiàn)例子：
- StaticBody2D 能應(yīng)用于所有游戲，作為墻壁、地面、障礙物等固定物
- RigidBody2D 比如像憤怒的小鳥(niǎo)、割繩子、太空飛船游戲的主角等
- KinematicBody2D 幾乎所有的前后左右移動(dòng)、跳躍的平臺(tái)游戲玩家或者敵人
- Area2D 常見(jiàn)于游戲中的可收集元素或者標(biāo)記，比如金幣、樓梯、關(guān)口或者特殊區(qū)域等
這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)我們?cè)谇懊娴奈恼轮卸加鲆?jiàn)過(guò)，也有不少例子，它們的使用方法大家應(yīng)該都會(huì)了。這里，關(guān)于剛體 RigidBody2D 我暫時(shí)不會(huì)介紹很多，大家可以參考這篇文章： Godot 3.0: Rigid Bodies ，介紹的內(nèi)容比較全面。
重要說(shuō)明： Godot 3.1 版本中對(duì)于 StaticBody2D 以及 RigidBody2D 的摩擦力屬性（
friction）和彈性屬性（bounce）的設(shè)置沒(méi)有出現(xiàn)在屬性面板中，而需要在新增的 Physic Material Override 屬性下新建一個(gè) PhysicMaterial 間接進(jìn)行設(shè)置即可，實(shí)質(zhì)上區(qū)別影響并不大。
碰撞形狀和圖層
所有的物理碰撞節(jié)點(diǎn)都需要至少一個(gè)碰撞形狀才會(huì)有碰撞效果。這個(gè)碰撞形狀你可以直接在屬性面板中添加，也可以在編輯器中暫時(shí)“置空”，轉(zhuǎn)而在代碼中動(dòng)態(tài)生成，這都是可以的。沒(méi)有碰撞形狀的碰撞節(jié)點(diǎn)不會(huì)參與游戲中的碰撞交互，碰撞形狀主要分為： CollisionShape2D 和 CollisionPolygon2D 兩種，應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，在場(chǎng)景中表現(xiàn)為藍(lán)色區(qū)域，游戲運(yùn)行后并不會(huì)顯示，可以在 Debug 調(diào)試中打開(kāi)顯示效果，在之前的文章中已經(jīng)詳細(xì)討論過(guò)。
這里重點(diǎn)要提到的概念是碰撞圖層以及碰撞圖層掩碼。在使用碰撞圖層之前，你必須在 Godot 項(xiàng)目設(shè)置中對(duì)你所需要的圖層進(jìn)行添加并合理命名：
如果你熟悉 iOS 游戲開(kāi)發(fā)框架 SpriteKit 的話，那么這兩個(gè)概念對(duì)你來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單，這里我們先列舉一下它們的定義：
- Layer 即圖層，在代碼中為
collision_layer，它表示物體所處的碰撞圖層，一個(gè)物體一般處于一個(gè)圖層中 - Mask 即掩碼，在代碼中為
collision_mask，它表示當(dāng)前物體所關(guān)心的其他的碰撞圖層，可包含多個(gè)圖層
碰撞圖層很好理解，類似 PhotoShop/GIMP/Krita 這些圖片處理軟件中的圖層概念，用于把不同的內(nèi)容分離開(kāi)來(lái)，游戲中碰撞節(jié)點(diǎn)一般處于某一個(gè)特定的碰撞圖層中。那么掩碼又是啥意思呢？它實(shí)質(zhì)代表的意義是這個(gè)物體需要與哪些圖層進(jìn)行碰撞檢測(cè)，所以一個(gè)節(jié)點(diǎn)的掩碼可以包含多個(gè)圖層，如果對(duì)方所處的碰撞圖層不在你的掩碼范圍內(nèi)，那么就不會(huì)與之發(fā)生碰撞檢測(cè)，有點(diǎn)拗口，舉個(gè)例子你就能明白，給節(jié)點(diǎn)設(shè)置圖層的方法以及各自所屬的圖層如下：
| 游戲物體 | 碰撞圖層 | 圖層掩碼 |
|---|---|---|
| 玩家 | 1 | 2, 3 |
| 敵人 | 2 | 1 (or 0) |
| 金幣 | 3 | 1 (or 0) |
在這種場(chǎng)景設(shè)置下，很顯然，玩家掩碼為 2(enemy) 和 3(coin) ，那么玩家會(huì)檢測(cè)與敵人或者金幣之間的碰撞，敵人和金幣的掩碼設(shè)置都是 1(player) ，所以它們分別也會(huì)檢測(cè)與玩家之間發(fā)生的碰撞，但是敵人與金幣、敵人與敵人、金幣與金幣、玩家與玩家之間則都不會(huì)互相發(fā)生任何碰撞檢測(cè)！
重點(diǎn)說(shuō)明：圖層和掩碼都可以不勾選，也就是完全刪除，如果這里敵人或者金幣刪除全部的掩碼，即設(shè)置圖層掩碼為 0 ，那么是不是敵人就不能檢測(cè)到與玩家之間的碰撞了呢？其實(shí)并不是！他們依然能互相檢測(cè)到與對(duì)方的碰撞，這是因?yàn)橥婕业难诖a中包含了敵人，只要雙方有一個(gè)設(shè)置了與對(duì)方可以發(fā)生碰撞檢測(cè)的掩碼，那么雙方即可相互檢測(cè)到與對(duì)方之間發(fā)生的碰撞！
既然如此，那么假設(shè)有這種需求：“游戲中的玩家只檢測(cè)敵人或者金幣，而金幣或者敵人不需要去檢測(cè)玩家”，那能否實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)在 PhysicsBody2D 的三個(gè)節(jié)點(diǎn)中還真沒(méi)辦法，但是這里我們可以不考慮使用 KinematicBody2D 等節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)而使用 Area2D 節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)了，需要注意該節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)屬性：
- Monitoring 是否能主動(dòng)檢測(cè)其他碰撞體
- Monitorable 是否能被其他碰撞體檢測(cè)到
Area2D 這兩個(gè)屬性一直是新手容易忽略的，弄清楚了這兩個(gè)屬性的概念，你就可以關(guān)閉敵人或者金幣（使用 Area2D 節(jié)點(diǎn)）的 monitoring 屬性，關(guān)閉后它們不會(huì)主動(dòng)檢測(cè)與其他碰撞節(jié)點(diǎn)的碰撞，同時(shí)，在我們的 Demo 中玩家還是可以檢測(cè)到他們。另一方面，如果要讓某個(gè)金幣不被玩家檢測(cè)到，就像海底撈月，看得見(jiàn)摸不著的效果，那么可以設(shè)置其 monitorable 為關(guān)閉即可！嗯，還是用實(shí)際 Demo 來(lái)體會(huì)一下效果吧：
OK ，明白了圖層和掩碼對(duì)游戲的開(kāi)發(fā)幫助非常大，你完全可以自己寫(xiě)一個(gè) Demo 嘗試一下，或者下載我的源碼一探究竟吧，偷偷告訴你：這很重要！哈哈！ :sunglasses:
兩個(gè)重要的方法
接下來(lái)我們的重點(diǎn)是 KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)常用方法，因?yàn)樯婕暗轿锢砼鲎驳拇蟛糠钟螒蛑校婕叶际鞘褂?KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)制作的，而它又有兩個(gè)非常重要的碰撞處理方法，所以我們必須重點(diǎn)“針對(duì)”它們！
首先，在正常的游戲場(chǎng)景中，對(duì)于 KinematicBody2D 幾何學(xué)碰撞體節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，我們主要有以下三種方式：
-
position屬性設(shè)置，即控制位置，完全手動(dòng)檢測(cè)碰撞 -
move_and_collide()方法調(diào)用，移動(dòng)并自動(dòng)檢測(cè)碰撞 -
move_and_slide()方法調(diào)用，移動(dòng)并自動(dòng)檢測(cè)碰撞，支持滑動(dòng)
對(duì)于第一種方式，直接操作 position 位置屬性，一般在有碰撞體的游戲中很少這么“武斷”地使用，即使你的游戲是沒(méi)有任何碰撞體，你這個(gè)時(shí)候你也沒(méi)必要選擇 KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)，直接使用 Area2D 節(jié)點(diǎn)就好。那么，接下來(lái)我們主要討論另外兩種方式，包括它們的定義，區(qū)別與聯(lián)系以及應(yīng)用場(chǎng)合等。
1. 相關(guān)聯(lián)系
第一個(gè)：很顯然，他們必須都在 _physics_process(delta) 方法中調(diào)用，因?yàn)樵摲椒ǖ膬?nèi)部會(huì)對(duì)物理引擎進(jìn)行相關(guān)處理，前面我們已經(jīng)討論過(guò)，最好不要在 _process(delta) 中使用這兩個(gè)方法，避免出現(xiàn)異常情況，這也是新手容易犯的錯(cuò)誤之一。
第二個(gè)：這兩個(gè)方法在某場(chǎng)景中是完全可以互相取代的，只需要對(duì)碰撞行為作出對(duì)應(yīng)的處理即可。舉個(gè)例子，下面兩個(gè)代碼段的效果表現(xiàn)會(huì)完全相同：
var collision = move_and_collide(velocity * delta)
if collision:
velocity = velocity.slide(collision.normal)
velocity = move_and_slide(velocity)
效果圖如下：
2. 兩者區(qū)別
第一個(gè)，從上面的代碼中我們能很明顯地看出來(lái)，在使用這兩個(gè)方法時(shí)，需要傳遞 KinematicBody2D 物體的速度作為參數(shù)；而這個(gè)速度在 move_and_collide() 方法中需要乘以幀間隔 delta ，但是在 move_and_slide() 方法中并不需要，這是因?yàn)榇朔椒ㄔ趦?nèi)部已經(jīng)幫我們自動(dòng)處理好了，無(wú)需手動(dòng)相乘。
第二個(gè)，根據(jù)上一條以及前面的代碼，我們可以總結(jié)出在通用性方面，明顯 move_and_collide() 更加通用，可以處理運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任何碰撞情況，但是需要手動(dòng)編碼，處理起來(lái)也稍難；而 move_and_slide() 方法則更加特別，這對(duì)于新手朋友來(lái)說(shuō)也會(huì)感覺(jué)相對(duì)簡(jiǎn)單。
第三個(gè)，使用方式不同，也就是說(shuō)這兩個(gè)方法的簽名是完全不一樣的：
| 方法 | move_and_collide | move_and_slide |
|---|---|---|
| 返回值類型 | KinematicCollision2D ：包含碰撞相關(guān)信息 | Vector2 ：移動(dòng)碰撞后的實(shí)際速度 |
| 參數(shù)1 | rel_vec ：Vector2 類型，表示實(shí)際速度，記住需要乘以 delta | linear_velocity ：Vector2 類型，表示速度，不需要乘以 delta |
| 參數(shù)2 | ? infinite_inertia ： 3.1 版本新增參數(shù)，默認(rèn)為 true | floor_normal ： Vector2 類型，表示地面法線方向，默認(rèn)值 (0, 0) |
| 參數(shù)3 | ? exclude_raycast_shapes ： 3.1 版本新增參數(shù)，默認(rèn)為 true | slope_stop_min_velocity ：最小速度，斜坡上速度小于該值則停止滑動(dòng)，默認(rèn) 5 |
| 參數(shù)4 | ? test_only ： 3.1 版本新增參數(shù)，默認(rèn)為 false | max_bounces ：停止運(yùn)動(dòng)前最大碰撞次數(shù) ，數(shù)值過(guò)低可能會(huì)直接終止運(yùn)動(dòng)，默認(rèn) 4 |
| 參數(shù)5 | - | floor_max_angle ：能移動(dòng)的最大斜坡角度，弧度計(jì)，默認(rèn)值 0.785398 即 45° |
| 參數(shù)6 | - | ? infinite_inertia ： 3.1 版本新增參數(shù)，默認(rèn)為 true |
說(shuō)明：上面有一些標(biāo)注了 ? 的參數(shù)是 Godot 3.1 版本中新增的參數(shù)，暫時(shí)沒(méi)有詳細(xì)的文檔說(shuō)明，等待正式版以及文檔發(fā)布后會(huì)有詳述，另外 3.1 版本新增了一個(gè)
move_and_slide_with_snap()方法，值得關(guān)注。
兩個(gè)方法中，上面列舉的一些參數(shù)都還是很好理解的，對(duì)于一般場(chǎng)合下，方法的默認(rèn)參數(shù)都?jí)蛴?。其中，參?shù) floor_max_angle 表示最大斜坡角度，低于該角度的斜坡都被認(rèn)為是“可滑行”的地面，另外參數(shù) floor_normal 表示地面的法線，可以結(jié)合 KinematicBody2D 的幾個(gè)方法： is_on_floor() （在地面上）， is_on_wall() （在墻壁上），以及 is_on_ceiling() （在天花板上）搭配使用。
第四個(gè)，通過(guò)上表可以看出來(lái)，如果我們需要檢查玩家碰撞后的反饋信息，我們可以使用 move_and_collide() 方法的返回值即可，如果使用 move_and_slide() 能不能即使獲取相關(guān)信息呢？當(dāng)然也可以，稍微繁瑣，我們可以使用 KinematicCollision2D get_slide_collision(int slide_idx) 方法以及 int get_slide_count() 正確處理即可，示例代碼如下：
func _physics_process(delta):
var velocity = move_and_slide(velocity)
var count = get_slide_count()
for i in range(count):
var collision = get_slide_collision(i)
var collider = collision.collider
print('collider ', i + 1, ': ', collider.name)
3. 應(yīng)用實(shí)踐
這兩個(gè)方法確實(shí)有點(diǎn)繞，別急，先搞清楚他倆的相似點(diǎn)以及不同點(diǎn)，然后我們就可以在不同場(chǎng)合中靈活使用了。 :grin:
1. 最基本的移動(dòng)
觀察下圖這個(gè)示例，使用 move_and_collide() 方法在沒(méi)有遇到障礙物時(shí)一切正常，但是遇到墻壁后，如果玩家的速度方向與墻壁表面相交，就會(huì)出現(xiàn)卡住的奇怪現(xiàn)象。究其原因，這是因?yàn)槲覀冸m然使用了碰撞移動(dòng)方法，但是遇到碰撞后的反饋并沒(méi)有手動(dòng)處理，所以 move_and_collide() 這個(gè)方法在玩家遇到碰撞時(shí)只能停下而表現(xiàn)出“卡注”的現(xiàn)象。
解決這個(gè)問(wèn)題的方法很簡(jiǎn)單，把方法替換為 move_and_slide() 即可。該方法不僅能正確處理碰撞反饋，還能告訴你在發(fā)生碰撞后物體的實(shí)際運(yùn)行速度，即方法的返回值，在本 Demo 中你可以通過(guò)打開(kāi) use real velocity 這個(gè)開(kāi)關(guān)查看碰撞后物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)速度。
那么，是不是所有的 KinematicBody2D 節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)都應(yīng)該直接使用 move_and_slide() 方法呢？當(dāng)然不是！一起來(lái)看第二個(gè)示例。
2. 碰撞反彈效果
考慮下這個(gè)場(chǎng)景，我們有一個(gè)用剛體（不反彈）做成的彈力球，這個(gè)球在碰撞到墻壁后能彈回去，但是墻壁是靜態(tài)物體也沒(méi)有彈性，這個(gè)時(shí)候如果使用 move_and_slide() 方法那么彈球遇到墻壁就會(huì)停止或者直接沿著墻壁下滑啦，如何處理呢？很顯然，我們需要一點(diǎn)代碼！
這就是 move_and_collide() 方法的用武之地了，我們可以利用這個(gè)方法的返回值進(jìn)行相關(guān)處理，返回值是一個(gè) KinematicCollision2D 類型的碰撞結(jié)果，其中包含我們所需要的數(shù)據(jù)，比如碰撞體的表面方向，即碰撞體的法線方向（垂直方向），把彈力球的速度按法線方向?qū)⑵?strong>反射，那么球就能順利反彈了！
代碼可以參考上文，圖效果可以看下：
3. 2D 平臺(tái)游戲
平臺(tái)游戲應(yīng)用非常廣泛，常見(jiàn)的跳躍類型的游戲很多都是 Platform Game ：左右移動(dòng)，上下跳躍。平臺(tái)游戲場(chǎng)景中靜態(tài)物體元素比較多，一般有地面，墻壁，還有斜坡等，那么玩家在這些平臺(tái)上如何移動(dòng)呢？其實(shí)核心代碼非常簡(jiǎn)單，這不得不歸功于 Godot 提供給我們的 move_and_slide() 方法的了！這種情況在 Unity 中就稍顯麻煩了，你還得使用射線（ Raycast ）處理與墻壁、地面等的碰撞檢測(cè)，而 Godot 中對(duì)于小游戲而言，一個(gè)方法就能解決所有問(wèn)題，聽(tīng)起來(lái)是不是有點(diǎn)小激動(dòng)？別急，先看代碼：
func _physics_process(delta):
var collision = self.move_and_collide(velocity * delta)
if collision:
velocity = velocity.bounce(collision.normal)
if collision.collider.has_method('hit'):
collision.collider.hit()
當(dāng)然， Godot 中也有射線節(jié)點(diǎn)，后面會(huì)提到，下面是一個(gè)普通的 move_and_slide() 方法的應(yīng)用示例：
三、總結(jié)
枯不枯燥？煩不煩所？哈哈，啰嗦了一大堆， Godot 的強(qiáng)大和方便之處領(lǐng)悟到了嗎？哈哈，如果還不能馬上體會(huì)，你可以到我的 Github 倉(cāng)庫(kù)下載源碼，然后打開(kāi)每一個(gè)場(chǎng)景，使用快捷鍵 <kbd>F6</kbd> 單獨(dú)運(yùn)行場(chǎng)景查看效果；如果本文對(duì)你來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單，那么是不是迫不及待地想寫(xiě)一個(gè)平臺(tái)游戲練練手啦？
Just do it, man!
好了，總結(jié)一下本文的相關(guān)理論知識(shí)吧：
- 三種 2D 物理節(jié)點(diǎn)以及 Area2D 節(jié)點(diǎn)的回顧
- 碰撞層和碰撞掩碼理論知識(shí)
- KinematicBody2D 兩個(gè)方法詳述
- 簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景分析
本篇的 Demo 以及相關(guān)代碼已經(jīng)上傳到 Github ，地址： https://github.com/spkingr/Godot-Demos ， 2018 年最后一篇文章，原創(chuàng)不易，希望大家喜歡，我們 2019 年見(jiàn)！ :smile:
參考文檔：
官方 API 文檔： http://docs.godotengine.org/en/3.0/classes/class_kinematicbody2d.html?highlight=kinematicbody2d
Godot 3.0: Using KinematicBody2D ： http://kidscancode.org/blog/2018/02/godot3_kinematic2d/
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