物理模拟球落地

Question

在过去的几天里，我一直在用MonoGame和C#对一个球进行物理模拟。球弹跳得很好，但是当球的弹力太低时，球就会进入地面。我能阻止这一切发生吗？我已经试过降低重力常数，改变碰撞的工作方式等等，但是似乎没有什么效果。(我对处理图形相当陌生，所以一个简单的解释将是非常有用的)

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;

namespace Particle_Simulation
{
    public class Game1 : Game
    {
        GraphicsDeviceManager graphics;
        SpriteBatch spriteBatch;

        Texture2D particleTexture;

        SpriteFont font;

        Rectangle particle;

        Vector2 velocity = new Vector2(4, 0);
        Vector2 acceleration = new Vector2(0, 0.25f);

        public Game1()
        {
            graphics = new GraphicsDeviceManager(this);
            //graphics.PreferredBackBufferWidth = GraphicsAdapter.DefaultAdapter.CurrentDisplayMode.Width;
            //graphics.PreferredBackBufferHeight = GraphicsAdapter.DefaultAdapter.CurrentDisplayMode.Height;
            Content.RootDirectory = "Content";
        }
        
        protected override void Initialize()
        {
            // TODO: Add your initialization logic here

            base.Initialize();
        }

        protected override void LoadContent()
        {
            // Create a new SpriteBatch, which can be used to draw textures.
            spriteBatch = new SpriteBatch(GraphicsDevice);

            //Load your game content here
            particleTexture = Content.Load<Texture2D>("ball");
            font = Content.Load<SpriteFont>("textFont");
            particle = new Rectangle(200, 200, 60, 60);
        }

        protected override void UnloadContent()
        {
            // TODO: Unload any non ContentManager content here
        }

        protected override void Update(GameTime gameTime)
        {
            if (GamePad.GetState(PlayerIndex.One).Buttons.Back == ButtonState.Pressed || Keyboard.GetState().IsKeyDown(Keys.Escape))
                Exit();

            //Add your update logic here
            velocity.X += acceleration.X;
            velocity.Y += acceleration.Y;
            
            particle.X += (int)velocity.X;
            particle.Y += (int)velocity.Y;

            if (particle.Top <= 0 || particle.Bottom >= GraphicsDevice.Viewport.Height)
                velocity.Y = -velocity.Y;
            if (particle.Left <= 0 || particle.Right >= GraphicsDevice.Viewport.Width)
                velocity.X = -velocity.X;

            base.Update(gameTime);
        }

        protected override void Draw(GameTime gameTime)
        {
            GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);

            //Add your drawing code here
            spriteBatch.Begin();

            spriteBatch.Draw(particleTexture, particle, Color.White);
            spriteBatch.DrawString(font, "X: " + velocity.X.ToString() + " Y: " + velocity.Y.ToString(), new Vector2(0, 0), Color.White);

            spriteBatch.End();

            base.Draw(gameTime);
        }
    }
}

Answer 1

这是碰撞检测的经典问题之一，碰撞发生在物体路径的某个点，但物体移动得足够远，下一个滴答无法解决问题，让物体--在这种情况下，你的球--永远落在视口之外。

要解决这个问题，不仅需要改变垂直速度，还要让球在碰撞点上反射。你已经在弹跳速度矢量了，你只需要增加位置反射。简单的方法就是取超射量，从极限中减去，把球放回界内：

if (particle.Top < 0)
{
    velocity.Y = -velocity.Y;
    particle.Y = -particle.Y;
}
else if (particle.Bottom >= GraphicsDevice.ViewPort.Height)
{
    velocity.Y = -velocity.Y;
    particle.Y = GraphicsDevice.ViewPort.Height - (particle.Bottom - GraphicsDevice.ViewPort.Height + particle.Height);
}

对速度和位置的X部分也这样做。在大多数情况下，最终的结果应该是好的，即使是角穿透。

因为你只是在反映整个速度，你会得到一些累积的错误，这将导致球在每次撞击后弹跳“更高”。想象一下，一个球直接下降，但目前就在表面上方。加速后，当没有碰撞时，球的速度(大致)是正确的。但是..。如果碰撞发生在行程距离的10%，那么直到那个点的速度只会加一部分加速度，那么路径的其余部分就会减慢，因为垂直速度现在与加速度相反。在极端情况下-低高度以上的底部，非常低的速度和高度的‘重力’-你仍然可以结束与球被嵌入地面。

这使得你的碰撞代码更加困难，但至少你不会因为加速错误的积累而导致球从屏幕上飞出来。

从加速和速度的代码开始，如果有碰撞，那么在计算出碰撞发生的路径有多远后，您需要返回并再次执行。你可以从简单地使用这个比率开始，但是如果你的目标是真正的精确，那么你需要做一些有趣的数学来使它真正的工作。有一些微积分可以计算出撞击时的真实速度和反弹后重力的影响，但要找到所有这些东西的参考资料应该不难。

另一件事，你可能要做的是增加一些速度下降后，冲击。完美的弹性碰撞在碰撞后给出了同样的速度，但在现实世界中，物体的一些动量被浪费成热、声音等。你可以用一个小的乘子来表示这一点--用一个小的乘子来乘以0.99或其他东西--在碰撞中增加一些损失。

由于你几乎永远不会在你的错误中获得一个完美的平衡，球要么加速，要么减速，最终逃逸或坐在地板上。确保你有一个策略来处理这两种情况发生的时候。

当你遇到任意角度的碰撞时.数学又变得更有趣了。

哦，别忘了用gameTime来缩放你的加速值。ElapsedGameTime属性将告诉您上次调用Update是多长时间，并且它将是不一致的。如果一个框架需要很长的时间来处理，那么球的加速度就会变慢。同样，短帧时间也会使球移动得更快。