一、前言
時間飛逝叉讥，距離上次更新已經(jīng)有半年之久窘行！這幾個月里我只有三分之一的時間很忙，相反其他時間是比較閑的图仓，但是由于空閑時間非彻蘅“碎片化”，導(dǎo)致我一直沒有集中精力搞自己喜歡的“小游戲”了救崔。首先對我的讀者表示非常抱歉惶看！嗯捏顺，從本篇開始，我會陸陸續(xù)續(xù)更新一些新的文章纬黎，盡管更新的頻率可能會變得“佛系”幅骄，不過我肯定不會放棄 Godot 的，哈哈本今。 :sunglasses:
不知不覺拆座， Godot 3.1 正式版都已經(jīng)發(fā)布好幾個月了，現(xiàn)在最新的穩(wěn)定版本是 3.1.1 冠息，不知道大家有沒有感受到新版本中的一些新特性所帶來的開發(fā)樂趣呢挪凑？關(guān)于新特性這里我先不討論，在今天要介紹的這個小游戲制作過程中逛艰，我要告訴大家一個“很不幸”的消息：新版本中的 RigidBody2D fails with a bug! :joy: 對躏碳，你沒看錯，我遇到 Bug 了，而且還不算個小問題，它直接導(dǎo)致了我的游戲不能正常地“好好玩舜。”！
話又說回來脸甘，我所要講述的這個游戲是一個非常無聊的小游戲，僅用來作為示例演示而別無他意偏灿，我會在文章中指出新版本 Bug 出在哪丹诀，如何解決等。另外翁垂，游戲中包括的一些圖片文件铆遭、音樂素材、甚至不少源代碼都是來自或者參考了 Chris Bradfield 的一個名為 Space Rocks 的示例游戲沿猜，他的這個項目是開源的枚荣，地址在此： https://github.com/kidscancode/Godot-Game-Engine-Projects 。
我想通過本篇主要講述以下幾個小部分：
- 介紹 RigidBody2D 剛體節(jié)點的基本屬性
- 剛體節(jié)點的基本應(yīng)用以及注意點
- 游戲場景的結(jié)構(gòu)關(guān)系與核心代碼說明
- 最簡單的 FSM 有限狀態(tài)機介紹和應(yīng)用
- 新版本中存在的 Bug 以及解決方法
主要內(nèi)容： RigidBody2D 剛體節(jié)點的應(yīng)用以及簡單的 FSM 狀態(tài)機介紹
閱讀時間： 12 分鐘
永久鏈接： http://liuqingwen.me/blog/2019/07/20/introduction-of-godot-3-part-14-make-a-game-with-rigidbody2d-node-and-the-fsm-introduction
系列主頁： http://liuqingwen.me/blog/introduction-of-godot-series/
二啼肩、正文
本篇目標(biāo)
- 了解剛體節(jié)點的基本屬性和作用
- 操控剛體節(jié)點的正確姿勢
- 剛體節(jié)點的碰撞檢測與響應(yīng)處理
- 簡單的 FSM 機制實現(xiàn)
- 版本更新帶來的代碼更新
游戲的主要場景
我之前已經(jīng)介紹過幾個小游戲了：
相比之前的游戲橄妆，本篇中我要介紹的這個太空飛船小游戲算比較簡單的一個，游戲中的元素類型少祈坠、操作也相對簡單害碾，但最重要的一點是，在本游戲制作中赦拘，我重點使用了 RigidBody2D 剛體節(jié)點慌随，這與之前討論的 KinematicBody2D 有著很大的區(qū)別，后續(xù)我們會討論，這里先預(yù)覽一下游戲中的所有場景結(jié)構(gòu)吧：
唯一一個要注意的地方我已經(jīng)在上圖中作了標(biāo)注： Rock.tscn 巖石場景中的子節(jié)點 CollisionShape2D 碰撞圖形沒有定義實質(zhì)的形狀阁猜。這是因為我們需要在游戲中動態(tài)生成不同尺寸的巖石丸逸，所以選擇在代碼中根據(jù)其大小創(chuàng)建對應(yīng)的碰撞圖形：
func _ready():
randomize()
# 設(shè)置位置和質(zhì)量（在Player.gd中設(shè)置位置是在_integrate_forces方法中）
self.position = _position
self.mass = _radius * density
# 設(shè)置圖片尺寸和爆炸粒子尺寸與傳遞的參數(shù)相匹配
_sprite.scale = Vector2(1, 1) * self.size * scaleFactor
_explosion.scale = Vector2(1, 1) * self.size * scaleFactor
# 給巖石一個碰撞體形狀，和傳遞的參數(shù)半徑相匹配
var shape = CircleShape2D.new()
var textureSize = _sprite.texture.get_size()
shape.radius = (textureSize.x + textureSize.y) / 2.0 * _radius * scaleFactor
_collisionShape.shape = shape
# 省略其他代碼……
我省略了一些代碼剃袍，有需要的話可以參考我的項目源碼黄刚，這里我就不全部貼出來了，其他的部分我也視情況作了一些注釋民效，相信大家一眼就能看懂憔维。 :smiley:
FSM 簡介與實現(xiàn)
FSM 即 Finite State Machine 有限狀態(tài)機的縮寫，相信很多游戲開發(fā)者都聽過或者在項目中使用過這種模型研铆。在 中文維基百科 中是這樣描述的：有限狀態(tài)自動機，簡稱狀態(tài)機州叠，是表示有限個狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學(xué)模型棵红。
上圖來自 Chris Bradfield 的一本書[《 Godot Engine Game Development Projects 》]，圖中每一個圓圈表示玩家的一種狀態(tài)咧栗，在某種情況下逆甜，比如鍵盤輸入、被攻擊致板、超時等原因交煞，玩家會從當(dāng)前狀態(tài)沿著箭頭切換到另一種狀態(tài)。如上圖斟或，舉個例子：玩家處于空閑狀態(tài)（ IDLE ）下素征，如果按下按鍵（ key ）則進(jìn)入跑步（ RUN ）狀態(tài)，如果玩家速度為 0 （ speed=0 ）則從跑步狀態(tài)切回空閑狀態(tài)萝挤。
關(guān)于狀態(tài)機我了解的并不多御毅，但是我在網(wǎng)上找到了一篇關(guān)于游戲設(shè)計模式之狀態(tài)模式的文章，內(nèi)容介紹非常詳盡怜珍，我已經(jīng)把它翻譯了出來端蛆，有興趣的朋友可以參考，當(dāng)做擴展閱讀吧酥泛，文章鏈接：【翻譯】游戲設(shè)計模式之狀態(tài)機今豆。 :smiley:
本游戲中，我參考了 Chris Bradfield 的《 Godot Engine Game Development Projects 》一書中 Space Rocks 小游戲的設(shè)計柔袁，下圖同樣來自此書：
可以看到呆躲，玩家即太空飛船具有以下四個狀態(tài)：
-
INIT即初始狀態(tài)，這種狀態(tài)下飛船不可見捶索，也不會發(fā)生碰撞事件歼秽，等待游戲開始 -
ALIVE即正常狀態(tài)，初始狀態(tài)下點擊開始按鈕即進(jìn)入該狀態(tài)情组，飛船恢復(fù)正常并接受相關(guān)事件 -
INVULN無敵狀態(tài)燥筷，這種情況是飛船被攻擊時進(jìn)入的狀態(tài)箩祥，一小段時間后自動恢復(fù)到正常狀態(tài) -
DEAD死亡狀態(tài)，生命值耗光后進(jìn)入該狀態(tài)肆氓，即游戲結(jié)束袍祖，隨后自動進(jìn)入INIT狀態(tài)
結(jié)合狀態(tài)圖，代碼中實現(xiàn)起來非常簡單谢揪，相關(guān)地方我也做了注釋蕉陋，以下是主要代碼部分：
func _changeState(newState) -> void:
if _state == newState:
return
# 更改飛船的狀態(tài)，注意設(shè)置飛船的可見性
match newState:
states.INIT:
# _collisionShape.disabled = true # 這在 Godot 3.1 版本中不能正常運行
_collisionShape.set_deferred('disabled', true) # 新版本適用拨扶，禁用碰撞檢測
_sprite.hide()
states.ALIVE:
_collisionShape.set_deferred('disabled', false)
_sprite.show() # 顯示
states.INVULNERABLE:
_collisionShape.set_deferred('disabled', true)
_animationPlayer.play('invulnerable') # 無敵狀態(tài)動畫
_invulnerabilityTimer.start() # 無敵狀態(tài)計時器
states.DEAD:
_collisionShape.set_deferred('disabled', true)
self.linear_velocity = Vector2.ZERO # 線速度歸零
self.angular_velocity = 0.0 # 角速度歸零
_sprite.hide() # 隱藏
_exhaustParticles.emitting = false # 停止粒子播放
_engineAudio.stop() # 停止聲音播放
_state = newState
一個方法實現(xiàn)了 FSM 凳鬓，并沒有所謂的高大上嘛，嗯……但是患民，這畢竟只是一個簡單缩举、非常簡單的小游戲，而且匹颤，使用這種思路避免了代碼中多個 bool 布爾類型和 if...else... 多層嵌套的混亂局面仅孩。
剛體的屬性及使用
在之前的文章中我已經(jīng)介紹過了 Godot 中的三種主要物理節(jié)點的功能特點和使用場景： KinematicBody2D/StaticBody2D/RigidBody2D ，其中 KinematicBody2D 是我們最重要的主角印蓖，關(guān)于它的介紹也擴展了不少辽慕，比如： Godot3游戲引擎入門之十二：Godot碰撞理論以及KinematicBody2D的兩個方法。但是赦肃，對于 RigidBody2D 剛體節(jié)點溅蛉，相反我僅做了使用場景的一個簡單介紹和比較，所以他宛，在本次小游戲中温艇，我們撇開 KinematicBody2D 轉(zhuǎn)而把精力集中到 RigidBody2D 上，重點介紹其使用和相關(guān)注意事項等堕汞。
其實在很多場景下 RigidBody2D 都是非常實用的勺爱，比如，想象一下讯检，用 Godot 做一個類似憤怒的小鳥游戲琐鲁，那么場景中肯定會有很多剛體節(jié)點，只要輕松一點人灼，各種物體相互碰撞到處亂飛围段，相反，你完全不用自己去編寫太多關(guān)于物理碰撞理論的代碼就實現(xiàn)了游戲的相關(guān)特性投放，是不是很爽奈泪？這就是剛體節(jié)點在游戲中的應(yīng)用場景之一。
1. 剛體的一些屬性
剛體和我們現(xiàn)實生活中的物體非常相似，所以一些這些物體的共有特性在 RigidBody2D 節(jié)點中也有所提現(xiàn)涝桅。首先拜姿，最重要的一點就是剛體和萬有引力那密不可分的關(guān)系，在 Godot 中設(shè)置重力（ Gravity ）對剛體的影響主要有兩種方式：一是在項目中設(shè)置全局引力值冯遂；二是在剛體屬性中設(shè)置引力的縮放系數(shù)蕊肥。
項目中的設(shè)置參考下圖，具體在 Project Settings -> General -> Physics -> 2d 中找到 Default Gravity 即默認(rèn)引力值配置蛤肌，在本游戲中壁却，由于處于外太空的所有物體都不受重力影響，所以可以在這里進(jìn)行全局配置裸准，把默認(rèn)引力值設(shè)置為 0 展东。
另一種方式則是設(shè)置剛體屬性中的 Gravity Scale 引力縮放系數(shù)值，它表示物體受重力的影響大小炒俱，本游戲中沒必要進(jìn)行設(shè)置盐肃。其他剛體的一些常見屬性有：
- Mass/Weight ：質(zhì)量和重量，
G = mg重力公式說明了重量和質(zhì)量向胡、引力三者的關(guān)系 - Contacts Reported/Contact Monitor/Can Sleep ：是否響應(yīng)碰撞以及響應(yīng)碰撞體個數(shù)恼蓬、能否休眠
- Linear/Angular/Applied Forces ：分別設(shè)置線性速度和阻力惊完、角速度和阻力僵芹、受力和扭矩力
- Friction/Bounce ：碰撞材質(zhì)相關(guān)屬性，設(shè)置剛體的摩擦力和彈性系數(shù)等
最后一組屬性的設(shè)置之前小槐，你必須創(chuàng)建一個新的 PhysicsMaterial 即碰撞材質(zhì)拇派，這與老版本 Godot 中剛體屬性設(shè)置稍微不同。另外凿跳，剛體還有一些其他的屬性這里并沒有完全列出來件豌，比如 Mode 剛體模式或者 Custom Integrator 自定義碰撞響應(yīng)等，我們暫時不討論控嗜，在之后的文中如果用到再介紹吧茧彤。 :grin:
上圖是玩家和巖石節(jié)點的屬性，他們都是剛體節(jié)點疆栏，但是設(shè)置還是有差別的曾掂。可以看到壁顶，我給 Rock 巖石剛體覆蓋了默認(rèn)的材質(zhì)屬性珠洗，設(shè)置摩擦阻力為 0 并添加了一定的彈性力，這樣讓巖石在太空中碰撞起來后的響應(yīng)更有趣若专；而玩家 Player 即飛船剛體屬性配置中许蓖，最重要的是我勾選開啟了 Contact Monitor 屬性（默認(rèn)關(guān)閉），這對游戲的正常運行非常關(guān)鍵，否則我們無法檢測到宇宙飛船和其他任何敵人（巖石）之間的碰撞膊爪。
2. 剛體的碰撞測試
在我們之前的游戲中自阱，碰撞檢測一般是 Area2D 的專項，在我們這個游戲中也有 Area2D 節(jié)點的使用蚁飒，比如 Laser.tscn 子彈場景动壤。然而我們還需要響應(yīng)太空飛船和巖石之間的碰撞，他們都是剛體淮逻，如何響應(yīng)呢琼懊？前面我已經(jīng)說明了開啟碰撞檢測的屬性，除此之外爬早，我們還要在需要主動檢測碰撞的剛體中設(shè)置 Contacts Reported 屬性值哼丈，即碰撞體檢測數(shù)量，這里我們設(shè)置為 1 對于這個游戲已經(jīng)足夠筛严，那么碰撞響應(yīng)處理的代碼如下：
func _on_Player_body_entered(body):
if body.is_in_group('rock') && body.has_method('explode'):
# 與巖石碰撞醉旦，調(diào)用巖石的爆炸方法，傳遞飛船速度（也就是碰撞方向）
body.explode(self.linear_velocity)
# 計算傷害
_damage(body.size)
除了開啟碰撞桨啃，我們有時候還需要暫時關(guān)閉碰撞檢測功能车胡，比如飛船進(jìn)入無敵狀態(tài)的時候就不應(yīng)該和其他任何物體發(fā)生碰撞了，和之前的游戲一樣照瘾，我們的思路是：直接禁用飛船的碰撞圖形 CollisionShape2D 即可匈棘，代碼 _collisionShape.disabled = true 一行搞定。
當(dāng)你覺得一切就緒的時候析命，“詭異”的事情發(fā)生了：飛船在禁用了碰撞圖形后主卫，居然還能與其他碰撞體進(jìn)行正常的碰撞響應(yīng)！其實這在 Godot 3.1 之前的版本中是不會出現(xiàn)的鹃愤，一切正常簇搅，但是從 3.1 的版本開始：
In 3.1 Godot doesn't let you change the physics state during the physics processing stage. This change (
$CollisionShape2D.set_deferred("disabled", true)) to the code tells it to disable the shape as soon as physics processing is complete.
這是我在遇到這個問題后從 KidsCanCode 博主那里得到的解答，大致意思是：我們不能在物理模型碰撞檢測發(fā)生的過程中直接操作碰撞圖形软吐，相反應(yīng)該使用 set_deferred 方法瘩将，這就是告訴引擎，在物理碰撞處理完階段再進(jìn)行設(shè)置凹耙。修改 _collisionShape.disabled = true 如下即可：
# _collisionShape.disabled = true # 這在 Godot 3.1 版本中不能正常運行
_collisionShape.set_deferred('disabled', true) # 新版本適用姿现，禁用碰撞檢測
除了這一點需要注意之外，其他的和之前我們介紹的 KinematicBody2D 的處理幾乎一樣使兔。 :smile:
3. 使用代碼控制運動
實際上剛體的物理碰撞檢測和響應(yīng)都是交給引擎自動完成的建钥，所以我們很多時候沒必要插手剛體的運動，但是在本游戲中虐沥，我們的太空飛船并不適用熊经，我們?nèi)匀恍枰O(jiān)聽并控制它的一舉一動：不能飛出屏幕之外泽艘、設(shè)置其角速度和線速度、飛船的位置和角度重置等镐依。
self.position = Vector2.ZERO
self.rotation = 0.0
func _physics_process(delta):
self.position += velocity.rotated(self.rotation);
self.linear_velocity = velocity
# ......
以上代碼使我們常用的設(shè)置匹涮，但是不幸的是，這并不適用于 RigidBody2D 槐壳，這在 Godot 官方文檔中有說明：
Note: You should not change a RigidBody2D’s
positionorlinear_velocityevery frame or even very often. If you need to directly affect the body’s state, use_integrate_forces, which allows you to directly access the physics state.
嗯然低，如果你想操作 RigidBody2D ，需要改用 _integrate_forces 方法：
func _integrate_forces(state):
# 計算前進(jìn)動力和旋轉(zhuǎn)扭矩务唐，并應(yīng)用給飛船剛體（沖量）
var force = Vector2(_thrustForceInput * thrustForce, 0).rotated(self.rotation)
var torque = _rotateDirection * rotateSpeed
state.apply_central_impulse(force)
state.apply_torque_impulse(torque)
# 設(shè)置飛船的位置雳攘，origin為飛船位置，xform.x為飛船主軸轉(zhuǎn)向枫笛，不要直接設(shè)置position
var xform = state.transform
if _needReset:
xform.origin = _resetPosition
xform.x = Vector2(1, 0)
_needReset = false
# 控制飛船在窗口邊緣的位置吨灭，形成一個閉合區(qū)間
if xform.origin.x > _screenSize.x:
xform.origin.x = 0
elif xform.origin.x < 0:
xform.origin.x = _screenSize.x
if xform.origin.y > _screenSize.y:
xform.origin.y = 0
elif xform.origin.y < 0:
xform.origin.y = _screenSize.y
# 更新狀態(tài)
state.transform = xform
通過 state 可以自由設(shè)置剛體的位置，比如上面的代碼主要是控制飛船在窗口邊緣的位置刑巧，另外喧兄，這里還有一個設(shè)置，由于玩家死亡后啊楚，我沒有刪除其引用而是將其隱身吠冤，那么飛船的位置是不固定的，游戲恢復(fù)重新開始后需要重置其位置為初始位置恭理，這里同樣地需要在 _integrate_forces 方法中進(jìn)行設(shè)置拯辙，如上代碼的注釋我已經(jīng)做了說明。
最后再啰嗦一句：對于剛創(chuàng)建（比如使用 instance 方法）的剛體物體蚯斯，直接設(shè)置其 position 位置屬性是沒問題的薄风，注意別混淆了饵较。 :grin:
新版本中剛體的問題
游戲開發(fā)過程也就是學(xué)習(xí)的過程拍嵌，也是填坑的過程，前面我們已經(jīng)了解到了 Godot 3.1 新版本中的一個細(xì)節(jié)問題了：如何正確設(shè)置剛體的碰撞圖形屬性循诉，需要使用 set_deferred 方法横辆。然而在本游戲的制作過程中，我還遇到了另一個 3.1.1 穩(wěn)定版本中尚未解決的 Bug 茄猫，而這個 Bug 居然在 Godot 3.0 中也是存在的：如果你一開始禁用剛體的碰撞圖形狈蚤，然后再經(jīng)過過一段時間再啟用，那么你的剛體變成了真正的直男——嗯划纽，只能前進(jìn)不能旋轉(zhuǎn)脆侮！如下代碼，第二行會失效：
state.apply_central_impulse(force) # 線性沖量勇劣，有效靖避。
state.apply_torque_impulse(torque) # 扭矩沖量潭枣，無效！
可以簡單地通過下面的代碼重現(xiàn)這個 Bug ：
func _ready():
_changeState(states.INIT)
yield(self.get_tree().create_timer(3), 'timeout')
_changeState(states.ALIVE)
func _integrate_forces(state):
state.apply_central_impulse(force)
state.apply_torque_impulse(torque)
# 省略代碼……
不過這個 Bug 在 Godot 3.2 開發(fā)版本中已經(jīng)得到了修復(fù)幻捏，關(guān)于開發(fā)版本的構(gòu)建可以到這里下載： Unofficial Godot Engine builds 盆犁，關(guān)于這個 Bug 我也在官方 Github 上開了一個 issue ，傳送門： https://github.com/godotengine/godot/issues/30551 篡九。不管怎樣谐岁，這個 Bug 肯定會在下一個穩(wěn)定版本中修復(fù)的，大家放心吧榛臼。
嗯伊佃，如果想測試本篇中的這個小游戲，我建議還是要下載 Godot 3.2 的開發(fā)版進(jìn)行項目導(dǎo)入和測試沛善。
三锭魔、總結(jié)
小游戲算是基本完成了，由于一些不可避免的問題路呜，使得我這個無聊的游戲開發(fā)了很長一段時間迷捧，不管怎樣，希望大家對 RigidBody2D 節(jié)點有一個新的認(rèn)識吧胀葱，而關(guān)于 RigidBody2D 剛體節(jié)點的一些其他應(yīng)用場景漠秋，我也打算會在后續(xù)文章中再做一個簡單的介紹，大家有什么意見和建議歡迎留言哦抵屿！嘿嘿庆锦！
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 轧葛，后續(xù)繼續(xù)更新搂抒，原創(chuàng)不易，希望大家喜歡尿扯！ :smile:
我的博客地址： http://liuqingwen.me 求晶，我的博客即將同步至騰訊云+社區(qū)，邀請大家一同入駐： https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=3sg12o13bvwgc 衷笋，歡迎關(guān)注我的微信公眾號：
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