The Box2D Physics Engine Angry Birds License.txt - LARC

21 Pages·2011·1.03 MB·English

12/5/2011
Angry Birds
Angry Birds uses the open 
source Box2D rigid body 
engine from: 
The Box2D Physics Engine
http://box2d.org
Ian Parberry
2
License.txt
Copyright (c) 2006‐2010 Erin Catto http://www.gphysics.com
This software is provided 'as‐is', without any express or implied warranty.  In 
no event will the authors be held liable for any damages arising from the use 
of this software.
Permission is granted to anyone to use this software for any purpose, 
including commercial applications, and to alter it and redistribute it freely, 
subject to the following restrictions:
1. The origin of this software must not be misrepresented; you must not 
claim that you wrote the original software. If you use this software in a 
product, an acknowledgment in the product documentation would be 
appreciated but is not required.
2. Altered source versions must be plainly marked as such, and must not be 
misrepresented as being the original software.
3. This notice may not be removed or altered from any source distribution.
3 4
5 6
1
12/5/2011
7 8
Box2D Core Concepts
Shape: A 2D geometric object, eg. a circle or 
polygon.
Rigid Body:A chunk of matter that is so strong 
that the distance between any two bits of 
matter on the chunk is constant. In the following 
discussion we use “body” interchangeably with 
“rigid body”.
Fixture:A shape with material properties 
including density, friction, and restitution.
9 10
Box2D Core Concepts Box2D Core Concepts
Constraint: A physical connection that removes  Contact Constraint:A special constraint 
degrees of freedom from bodies. In 2D a body  designed to prevent penetration of rigid bodies 
has 3 degrees of freedom (two translation and  and to simulate friction and restitution. You do 
one rotation). If we take a body and pin it to the  not create contact constraints; they are created 
wall (like a pendulum) we have constrained the  automatically by Box2D.
body to the wall. At this point the body can only 
rotate about the pin, so the constraint has 
removed 2 degrees of freedom.
11 12
2
12/5/2011
Box2D Core Concepts Box2D Core Concepts
Joint: A constraint used to hold two or more bodies  World: A collection of bodies, fixtures, and 
together. Box2D supports several jointtypes:  constraints that interact together. Box2D 
revolute, prismatic, distance, and more. Some joints 
supports the creation of multiple worlds, but 
may have limits and motors.
this is usually not necessary or desirable.
Joint Limit: Restricts the range of motion of a joint. 
For example, the human elbow only allows a certain  Solver:A device that resolves contact and joint 
range of angles. constraints. The Box2D solver is a high 
Joint Motor: Drives the motion of the connected  performance iterative solver that operates in 
bodies according to the joint's degrees of freedom.  (cid:1841)(cid:4666)(cid:1866)(cid:4667)time, where (cid:1866)is the number of 
For example, you can use a motor to drive the 
constraints.
rotation of an elbow.
13 14
Box2D Core Concepts Tunneling
Continuous Collision: The solver 
advances bodies in time using discrete 
time steps. Without intervention this 
can lead to tunneling. 
(cid:1872)(cid:3404)0 (cid:1872)(cid:3404)1 (cid:1872)(cid:3404)2 (cid:1872)(cid:3404)3
15 16
Tunneling Modules
Box2D deals with tunnelingin  Box2D is composed of 3 modules: 
two steps as follows: 1. The common module has code for 
Common
1. Interpolate the motion of  allocation, math, and settings. 
the bodies to find their  2. The collision module defines 
first time of impact (TOI).  shapes, a broad‐phase, and  Collision
(cid:1872)(cid:3404)2 (cid:1872)(cid:3404)3 collision functions/queries. 
2. Move bodies to their first 
TOI and then resolve the  3. The dynamics module provides  Dynamics
the simulation world, bodies, 
collision. (cid:1872)(cid:3404)2.2
TOI fixtures, and joints.
17 18
3
12/5/2011
Units of Length Units of Angle
• Beware of floating‐point round‐off error.  • Box2D stores angles in radians. They are not 
• Bix2D been tuned to work well with meters‐ automatically normalized.
kilogram‐second (MKS) units. In particular,  • Use b2Body::SetAngleto normalize 
Box2D works well with moving objects 
angles. 
between 0.1 and 10 meters. 
• It may be tempting to use pixels as your units. 
Unfortunately this will lead to loss of precision 
resulting in a poor simulation and possibly 
weird behavior.
19 20
Factories Factory Functions
Creation functions:
• Box2D functions that create things such as 
bodies or joints are called factory functions. b2Body* b2World::
CreateBody(const b2BodyDef* def);
• These are probably named from the software  b2Joint* b2World::
engineering technique design patterns. CreateJoint(const b2JointDef* def);
• For example, to create a b2Bodyor a 
Destruction functions:
b2Joint, call the b2Worldfactory 
void b2World::DestroyBody(b2Body* body);
functions on the next slide.  
void b2World::DestroyJoint(b2Joint* joint);
• Box2D takes care of memory management.
21 22
Definitions Shortcut
• Fixtures are created and destroyed by using  There is also shortcut to create a fixture directly 
b2Body’s CreateFixtureand 
from its shape and density.
DestroyFixturefunctions.
• CreateFixturehas a single parameter of  b2Fixture* b2Body::CreateFixture(
type b2FixtureDefthat describes the fixture’s  const b2Shape* shape, float32 density);
properties. 
Factories do not retain references to the 
b2Fixture* b2Body::CreateFixture(
const b2FixtureDef* def); definitions, so you can create definitions in local 
variables.
void b2Body::DestroyFixture(
b2Fixture* fixture);
23 24
4
12/5/2011
User Data Example
• The b2Fixture, b2Body, and b2Joint For example, it is typical to attach an actor 
classes allow you to attach user data as a  pointer to the rigid body on that actor. This sets 
up a circular reference. If you have the actor, 
voidpointer. 
you can get the body. If you have the body, you 
• This is handy when you are examining Box2D 
can get the actor.
data structures and you want to determine 
how they relate to the entities in your game  GameActor* actor = GameCreateActor();
b2BodyDef bodyDef;
engine. bodyDef.userData = actor;
actor->body = box2Dworld->CreateBody(&bodyDef);
25 26
Examples Caveat
Here are some examples of cases where you  • Keep in mind that user data is optional and you 
would need the user data: can put anything in it. 
• Applying damage to an actor using a collision  • However, you should be consistent. For example, 
result. if you want to store an actor pointer on one body, 
• Playing a scripted event if the player is inside  you should keep an actor pointer on all bodies. 
an axis‐aligned box. Don't store an actor pointer on one body, and a 
• Accessing a game structure when Box2D  foo pointer on another body. Casting an actor 
notifies you that a joint is going to be  pointer to a foo pointer may lead to a crash.
destroyed. • User data pointers are NULLby default.
27 28
Creating a Physics World How to Create a Body
Every Box2D program begins with the creation  1. Define a body with position, damping, etc.
of a b2Worldobject. b2Worldis the physics  2. Use the world object to create the body.
manager that takes care of objects, simulation,  3. Define fixtures with shape, friction, density, etc.
and associated memory management. 
4. Create fixtures on the body.
b2Vec2 gravity(0.0f, -10.0f); Remember these, we’ll use them in an example on 
b2World world(gravity);
the next 2 slides.
Warning: The version 2.2.1 documentation says 
that the b2Worldconstructor has 2 parameters, 
but the code seems to allow only 1 parameter. 
29 30
5
12/5/2011
Creating a Ground Body groundBody Creating a Ground Body groundBody
1. Define a body with position. 3. Define fixtures with shape, friction, density, etc.
b2BodyDef groundBodyDef; b2PolygonShape groundBox;
groundBodyDef.position.Set(0.0f, -10.0f); groundBox.SetAsBox(50.0f, 10.0f);
2. Use the world object to create the body. 4. Create fixture on the body using that definition.
b2Body* groundBody = groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0.0f);
world.CreateBody(&groundBodyDef);
(The second parameter is the shape density in kg/m(cid:2870). 
A static body has zero mass by definition, so the density 
is not used in this case.)
31 32
Creating a Dynamic Body Shape
First we create the bodyusing CreateBody.  Next we create and attach a polygon shape using a 
By default bodies are static, so we should set the  fixture definition. First we create a box shape:
b2BodyTypeat construction time to make the  b2PolygonShape dynamicBox;
dynamicBox.SetAsBox(1.0f, 1.0f);
body dynamic.
Next we create a fixture definition using the box. Notice that 
b2BodyDef bodyDef; we set density to 1.0. The default density is zero. Also, the 
bodyDef.type = b2_dynamicBody; friction on the shape is set to 0.3. 
bodyDef.position.Set(0.0f, 4.0f);
b2Body* body = world.CreateBody(&bodyDef); b2FixtureDef fixtureDef;
fixtureDef.shape = &dynamicBox;
fixtureDef.density = 1.0f;
fixtureDef.friction = 0.3f;
33 34
Create Fixture The Integrator
We can now create the fixture using the fixture  • An integratorsimulates the physics equation in 
discrete time. 
definition . This automatically updates the mass 
• Generally physics engines for games like a time step at 
of the body. You can add multiple fixtures to a  least as fast as 60Hz or 1/60 seconds. 
body. Each one contributes to the total mass. • You can get away with larger time steps, but you will 
have to be more careful about setting up your world.
body->CreateFixture(&fixtureDef); • A fixed time step means better convergence, and 
reproducible results (useful for debugging). 
• Don't tie the time step to the render frame rate.
const float32 timeStep = 1.0f / 60.0f;
35 36
6
12/5/2011
The Constraint Solver Iteration Count
• Theconstraint solver solves all the constraints in the  • The position phase may exit early if errors are small.
simulation, one at a time. 
• The suggested iteration count for Box2D is 8 for 
• The constraint solver has two phases:
velocity and 3 for position.
1. In the velocity phase the solver computes the impulses 
necessary for the bodies to move correctly.  int32 velocityIterations = 8;
int32 positionIterations = 3;
2. In the position phase the solver adjusts the positions of 
the bodies to reduce overlap and joint detachment.  • Note that the time step and the iteration count are 
• A single constraint can be solved perfectly. However,  completely unrelated. An iteration is not a sub‐step.
when we solve one constraint, we slightly disrupt other  • One solver iteration is a single pass over all the 
constraints. To get a good solution, we need to iterate 
constraints within a time step. You can have multiple 
over all constraints a number of times.
passes over the constraints within a single time step.
37 38
Simulation Loop Cleanup
Here is the simulation loop that simulates 60time  • When a world leaves scope or is deleted by 
steps for a total of 1 second of simulated time. calling delete on a pointer, all the memory 
reserved for bodies, fixtures, and joints is 
for(int32 i=0; i<60; i++){
world.Step(timeStep, velocityIterations, freed. This is done to improve performance 
positionIterations); and make your life easier.
b2Vec2 p = body->GetPosition();
float32 a = body->GetAngle(); • However, you will need to nullify any body, 
//render body at (p.x, p.y) at angle a radians
} fixture, or joint pointers you have because 
they will become invalid.
39 40
The Testbed
The testbedis a unit‐testing framework and demo 
environment.  Here are some of the features:
• Camera with pan and zoom.
• Mouse picking of shapes 
attached to dynamic bodies.
• Extensible set of tests.
• GUI for selecting tests, 
parameter tuning, and debug 
drawing.
• Pause and single step simulation.
• Text rendering.
41 42
7
12/5/2011
43 44
45 46
Adding Box2D to Your Game Summary
• The process is a little hairy, beware! 1. Install Box2D Header Files
• It’s a little idiosyncratic to Box2D. i. Copy Box2D folder from download
ii. Paste into your devfolder
• If you don’t follow these instructions carefully, 
iii. Add your devfolder to project include 
the compiler will not be able to find the 
directories (weird, but true)
correct header files. iv. In your source code, 
• The alternative is editing a whole slew of  #include <Box2D\Box2D.h>
Box2D header files. 2. Change compiler code generation settings to 
Multi‐Threaded DLL
47 48
8
12/5/2011
Summary 1(i) Copy Box2D Folder From Download
3. Build and install the Box2D lib file Box2D.lib
i. Open Box2D.slnfrom downloaded Box2D Build 
folder in Visual Studio
Copy To
ii. Build in Release mode (then close Visual Studio)
iii. Copy Box2D.libfrom Build\vs10\bin\
Release
iv. Make new lib folder in your devfolder
v. Paste Box2D.libthere
vi. Add that folder to compiler lib directories
vii. Add Box2D.libto devproject
49 50
1(ii) Paste Into Your Dev Folder 1(iii) Add Your DevFolder to Include Directories
(Yes, it sounds weird to add “.” here, but trust me.)
51 52
1(iv) #include Box2D.hLike This 2. Choose Multi‐Threaded DLL
53 54
9
12/5/2011
3(i) In Box2D Build Folder 3(ii) Build in Release Mode
(If you didn’t already do this before when building the Testbed.)
55 56
3(iii) Copy Box2D.lib 3(iv) Make Lib Folder in Your DevFolder
57 58
3(v) Paste Box2D.lib There 3(vi) Add Folder to Library Directories
59 60
10