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Introdução à física

É frequente, no desenvolvimento de jogos, precisar saber quando dois objetos se interceptam ou fazem contato durante o jogo. Isso é conhecido como detecção de colisão. Quando uma colisão é detectada, você tipicamente quer que alguma coisa aconteça. Isso é chamado de resposta à colisão.

Godot oferece uma variedade de objetos de colisão em 2D e 3D para prover tanto detecção de quanto resposta a colisões. Tentar decidir qual usar em seu projeto pode ser confuso. Você pode evitar problemas e simplificar o desenvolvimento se entender como cada um funciona e quais são suas vantagens e desvantagens.

Neste guia, você aprenderá:

  • Os quatro tipos de objeto de colisão do Godot

  • Como cada objeto de colisão funciona

  • Quando e por que escolher um tipo em detrimento de outro

Nota

Os exemplos deste documento usarão objetos 2D. Todo objeto de física e forma de colisão 2D tem seu equivalente direto em 3D e, na maioria dos casos, funcionam exatamente da mesma forma.

Objetos de Colisão

Godot offers four kinds of collision objects which all extend CollisionObject2D. The last three listed below are physics bodies and additionally extend PhysicsBody2D.

  • Area2D

    Os nós Area2D fornecem detecção e influência. Eles podem detectar quando os objetos se sobrepõem e podem emitir sinais quando os corpos entram ou saem. Uma Area2D também pode ser usado para substituir propriedades físicas, como gravidade ou amortecimento, em uma área definida.

  • StaticBody2D

    Um corpo estático é aquele que não é movido pelo motor de física. Ele participa da detecção de colisão, mas não se move em resposta a uma. É mais comumente usado para objetos que sejam parte do ambiente ou que não necessitam de ter qualquer comportamento dinâmico.

  • RigidBody2D

    Este é o nó que implementa a física 2D simulada. Você não controla um RigidBody2D diretamente, e sim aplica forças nele (gravidade, impulsos, etc.) e o motor de física calcula o movimento resultante. Leia mais sobre o uso de corpos rígidos.

  • CharacterBody2D

    Um corpo que provê detecção de colisão, mas nenhuma física. Todos os movimentos e respostas a colisões devem ser implementados em código.

Material físico

Static bodies and rigid bodies can be configured to use a PhysicsMaterial. This allows adjusting the friction and bounce of an object, and set if it's absorbent and/or rough.

Formas de colisão

Um corpo físico por conter qualquer quantidade de objetos Shape2D como filhos. Essas formas são usadas para definir os limites de colisão do objeto e detectar contato com outros.

Nota

Para detectar colisões, pelo menos um Shape2D deve ser atribuído ao objeto.

A maneira mais comum de atribuir uma forma é adicionar um CollisionShape2D ou CollisionPolygon2D como filho do objeto. Esses nós lhe permitem desenhar o formato diretamente no espaço de trabalho do editor.

Importante

Tenha cuidado para nunca escalar suas formas de colisão no editor. A propriedade "Escala" no Inspetor deve permanecer (1, 1). Ao alterar o tamanho da forma da colisão, você deve sempre utilizar os manipuladores de tamanho, e ** não** os manipuladores de escala Node2D. A escala de uma forma pode resultar em um comportamento de colisão inesperado.

../../_images/player_coll_shape.png

Chamadas de retorno do processamento da física

The physics engine runs at a fixed rate (a default of 60 iterations per second). This rate is typically different from the frame rate which fluctuates based on what is rendered and available resources.

It is important that all physics related code runs at this fixed rate. Therefore Godot differentiates between physics and idle processing. Code that runs each frame is called idle processing and code that runs on each physics tick is called physics processing. Godot provides two different callbacks, one for each of those processing rates.

The physics callback, Node._physics_process(), is called before each physics step. Any code that needs to access a body's properties should be run in here. This method will be passed a delta parameter, which is a floating-point number equal to the time passed in seconds since the last step. When using the default 60 Hz physics update rate, it will typically be equal to 0.01666... (but not always, see below).

Nota

It's recommended to always use the delta parameter when relevant in your physics calculations, so that the game behaves correctly if you change the physics update rate or if the player's device can't keep up.

Camadas e Máscaras de colisão

One of the most powerful, but frequently misunderstood, collision features is the collision layer system. This system allows you to build up complex interactions between a variety of objects. The key concepts are layers and masks. Each CollisionObject2D has 32 different physics layers it can interact with.

Vamos olhar cada propriedade por vez:

  • collision_layer

    Descreve as camadas que onde o objeto aparece. Por padrão, todos os corpos estão na camada 1.

  • collision_mask

    Descreve quais camadas o corpo irá varrer em busca de colisões. Se um objeto não estiver em uma camada da máscara, o corpo o ignorará. Por padrão, todos corpos varrem a camada 1.

Essas propriedades podem ser configurada por código ou por edição no Inspetor.

Manter registro da finalidade que você está dando para cada camada pode ser difícil. Então, pode ser útil atribuir nomes às camadas em uso. Você pode nomeá-las nas Configurações do Projeto -> Nomes das Camadas.

../../_images/physics_layer_names.png

Exemplo de GUI

Você tem quatro tipos de nós no seu jogo: Muros, Jogador, Inimigo e Moeda. Tanto o Jogador quanto o Inimigo colidem com Muros. O nó Jogador deveria detectar colisões com Inimigo e Moeda, mas Inimigo e Moeda devem se ignorar.

Comece nomeando as camadas 1 a 4 como "muros", "jogador", "inimigos" e "moedas" e coloque cada tipo de nó em sua camada respectiva usando a propriedade "Camada" (Layer). Então configure a propriedade "Máscara" (Mask) de cada nó selecionando as camadas com que ele deveria interagir. Por exemplo, as configurações do Jogador (Player) deveriam se parecer com isto:

../../_images/player_collision_layers.png ../../_images/player_collision_mask.png

Exemplo de código

In function calls, layers are specified as a bitmask. Where a function enables all layers by default, the layer mask will be given as 0xffffffff. Your code can use binary, hexadecimal, or decimal notation for layer masks, depending on your preference.

The code equivalent of the above example where layers 1, 3 and 4 were enabled would be as follows:

# Example: Setting mask value for enabling layers 1, 3 and 4

# Binary - set the bit corresponding to the layers you want to enable (1, 3, and 4) to 1, set all other bits to 0.
# Note: Layer 32 is the first bit, layer 1 is the last. The mask for layers 4,3 and 1 is therefore
0b00000000_00000000_00000000_00001101
# (This can be shortened to 0b1101)

# Hexadecimal equivalent (1101 binary converted to hexadecimal)
0x000d
# (This value can be shortened to 0xd)

# Decimal - Add the results of 2 to the power of (layer to be enabled - 1).
# (2^(1-1)) + (2^(3-1)) + (2^(4-1)) = 1 + 4 + 8 = 13
pow(2, 1-1) + pow(2, 3-1) + pow(2, 4-1)

Area2D

Os nós de área fornecem detecção e influência. Eles podem detectar quando os objetos se sobrepõem e emitir sinais quando os corpos entram ou saem. As áreas também podem ser usadas para anular propriedades físicas, tais como gravidade ou amortecimento, em uma área definida.

Existem três usos principais para Area2D:

  • Substituição dos parâmetros físicos (como gravidade) em uma dada região.

  • Detectar quando outros corpos entram em ou saem de uma região ou quais estão atualmente em um região.

  • Verificar se outras áreas se sobrepõem.

Por padrão, áreas também recebem entradas de mouse e tela de toque.

StaticBody2D

Um corpo estático é aquele que não é movido pelo motor de física. Ele participa da detecção de colisão, mas não se move em resposta à ela. Entretanto, ele pode transmitir movimento e rotação a um corpo rígido como se estivesse se movendo, usando suas propriedades constant_linear_velocity e constant_angular_velocity (velocidades lineares e angulares constantes, respectivamente).

Nós StaticBody2D são mais comumente usado em objetos que são parte do ambiente ou que não precisam ter um comportamento dinâmico.

Exemplos de uso para StaticBody2D:

  • Plataformas (inclusive as móveis)

  • Esteiras transportadoras

  • Paredes e outros obstáculos

RigidBody2D

Este é o nó que um implementa física 2D simulada. Você não controla um RigidBody2D diretamente. Em vez disso, você lhe aplica forças e o motor da física calcula o movimento resultante, inclusive colisões com outros corpos, além de respostas a colisões como quicar, girar, etc.

Você pode modificar o comportamento de um corpo rígido através de propriedades como "Mass" (massa), "Friction" (atrito) ou "Bounce" (restituição/quique), configuráveis no Inspetor.

O comportamento do corpo também é afetado pelas propriedades do mundo, definidas em Configurações de projeto -> Física, ou entrando em uma Area2D que sobrepõe as propriedades da física global.

Quando um corpo rígido está em repouso e não se move por um tempo, ele adormece. Um corpo adormecido age como um corpo estático, e suas forças não são calculadas pelo motor de física. O corpo acordará quando forças forem aplicadas, seja por colisão ou por código.

Usando RigidBody2D

Um dos benefícios de usar um corpo rígido é que muito do comportamento dele pode ser obtido "de graça" sem escrever código algum. Por exemplo, se você está fazendo um jogo no estilo "Angry Birds" com blocos caindo, você só precisaria criar RigidBody2Ds e ajustar suas propriedades. Empilhamento, queda e quique seriam calculados automaticamente pelor motor de física.

However, if you do wish to have some control over the body, you should take care - altering the position, linear_velocity, or other physics properties of a rigid body can result in unexpected behavior. If you need to alter any of the physics-related properties, you should use the _integrate_forces() callback instead of _physics_process(). In this callback, you have access to the body's PhysicsDirectBodyState2D, which allows for safely changing properties and synchronizing them with the physics engine.

Por exemplo, aqui está o código para uma nave no estilo de "Asteroids":

extends RigidBody2D

var thrust = Vector2(0, -250)
var torque = 20000

func _integrate_forces(state):
    if Input.is_action_pressed("ui_up"):
        state.apply_force(thrust.rotated(rotation))
    else:
        state.apply_force(Vector2())
    var rotation_direction = 0
    if Input.is_action_pressed("ui_right"):
        rotation_direction += 1
    if Input.is_action_pressed("ui_left"):
        rotation_direction -= 1
    state.apply_torque(rotation_direction * torque)

Note que nós não estamos configurando as propriedades linear_velocity ou angular_velocity diretamente, mas sim aplicando forças (thrust (impulso) e torque) ao corpo, e deixando o motor de física calcular o movimento resultante.

Nota

Quando um corpo rígido adormece, a função _integrate_forces() não será chamada. Para sobrepor este comportamento, você precisará manter o corpo acordado, criando uma colisão, aplicando forças a ele ou desabilitando a propriedade can_sleep. Fique ciente que isso pode ter um efeito negativo no desempenho.

Relato de contato

By default, rigid bodies do not keep track of contacts, because this can require a huge amount of memory if many bodies are in the scene. To enable contact reporting, set the max_contacts_reported property to a non-zero value. The contacts can then be obtained via PhysicsDirectBodyState2D.get_contact_count() and related functions.

Monitoramento de contato via sinais pode ser habilitado através da propriedade contact_monitor. Veja RigidBody2D para a lista de sinais disponíveis.

CharacterBody2D

CharacterBody2D bodies detect collisions with other bodies, but are not affected by physics properties like gravity or friction. Instead, they must be controlled by the user via code. The physics engine will not move a character body.

When moving a character body, you should not set its position directly. Instead, you use the move_and_collide() or move_and_slide() methods. These methods move the body along a given vector, and it will instantly stop if a collision is detected with another body. After the body has collided, any collision response must be coded manually.

Character collision response

After a collision, you may want the body to bounce, to slide along a wall, or to alter the properties of the object it hit. The way you handle collision response depends on which method you used to move the CharacterBody2D.

move_and_collide

When using move_and_collide(), the function returns a KinematicCollision2D object, which contains information about the collision and the colliding body. You can use this information to determine the response.

For example, if you want to find the point in space where the collision occurred:

extends PhysicsBody2D

var velocity = Vector2(250, 250)

func _physics_process(delta):
    var collision_info = move_and_collide(velocity * delta)
    if collision_info:
        var collision_point = collision_info.get_position()

Or to bounce off of the colliding object:

extends PhysicsBody2D

var velocity = Vector2(250, 250)

func _physics_process(delta):
    var collision_info = move_and_collide(velocity * delta)
    if collision_info:
        velocity = velocity.bounce(collision_info.get_normal())

move_and_slide

Sliding is a common collision response; imagine a player moving along walls in a top-down game or running up and down slopes in a platformer. While it's possible to code this response yourself after using move_and_collide(), move_and_slide() provides a convenient way to implement sliding movement without writing much code.

Aviso

move_and_slide() automatically includes the timestep in its calculation, so you should not multiply the velocity vector by delta.

For example, use the following code to make a character that can walk along the ground (including slopes) and jump when standing on the ground:

extends CharacterBody2D

var run_speed = 350
var jump_speed = -1000
var gravity = 2500

func get_input():
    velocity.x = 0
    var right = Input.is_action_pressed('ui_right')
    var left = Input.is_action_pressed('ui_left')
    var jump = Input.is_action_just_pressed('ui_select')

    if is_on_floor() and jump:
        velocity.y = jump_speed
    if right:
        velocity.x += run_speed
    if left:
        velocity.x -= run_speed

func _physics_process(delta):
    velocity.y += gravity * delta
    get_input()
    move_and_slide()

See Personagem cinemático (2D) for more details on using move_and_slide(), including a demo project with detailed code.