b2RevoluteJoint.cpp
上传用户:gb3593
上传日期:2022-01-07
资源大小:3028k
文件大小:13k
源码类别:

游戏引擎

开发平台:

Visual C++

  1. /*
  2. * Copyright (c) 2006-2007 Erin Catto http://www.gphysics.com
  3. *
  4. * This software is provided 'as-is', without any express or implied
  5. * warranty.  In no event will the authors be held liable for any damages
  6. * arising from the use of this software.
  7. * Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,
  8. * including commercial applications, and to alter it and redistribute it
  9. * freely, subject to the following restrictions:
  10. * 1. The origin of this software must not be misrepresented; you must not
  11. * claim that you wrote the original software. If you use this software
  12. * in a product, an acknowledgment in the product documentation would be
  13. * appreciated but is not required.
  14. * 2. Altered source versions must be plainly marked as such, and must not be
  15. * misrepresented as being the original software.
  16. * 3. This notice may not be removed or altered from any source distribution.
  17. */
  18. #include <Box2D/Dynamics/Joints/b2RevoluteJoint.h>
  19. #include <Box2D/Dynamics/b2Body.h>
  20. #include <Box2D/Dynamics/b2TimeStep.h>
  21. // Point-to-point constraint
  22. // C = p2 - p1
  23. // Cdot = v2 - v1
  24. //      = v2 + cross(w2, r2) - v1 - cross(w1, r1)
  25. // J = [-I -r1_skew I r2_skew ]
  26. // Identity used:
  27. // w k % (rx i + ry j) = w * (-ry i + rx j)
  28. // Motor constraint
  29. // Cdot = w2 - w1
  30. // J = [0 0 -1 0 0 1]
  31. // K = invI1 + invI2
  32. void b2RevoluteJointDef::Initialize(b2Body* b1, b2Body* b2, const b2Vec2& anchor)
  33. {
  34. bodyA = b1;
  35. bodyB = b2;
  36. localAnchorA = bodyA->GetLocalPoint(anchor);
  37. localAnchorB = bodyB->GetLocalPoint(anchor);
  38. referenceAngle = bodyB->GetAngle() - bodyA->GetAngle();
  39. }
  40. b2RevoluteJoint::b2RevoluteJoint(const b2RevoluteJointDef* def)
  41. : b2Joint(def)
  42. {
  43. m_localAnchor1 = def->localAnchorA;
  44. m_localAnchor2 = def->localAnchorB;
  45. m_referenceAngle = def->referenceAngle;
  46. m_impulse.SetZero();
  47. m_motorImpulse = 0.0f;
  48. m_lowerAngle = def->lowerAngle;
  49. m_upperAngle = def->upperAngle;
  50. m_maxMotorTorque = def->maxMotorTorque;
  51. m_motorSpeed = def->motorSpeed;
  52. m_enableLimit = def->enableLimit;
  53. m_enableMotor = def->enableMotor;
  54. m_limitState = e_inactiveLimit;
  55. }
  56. void b2RevoluteJoint::InitVelocityConstraints(const b2TimeStep& step)
  57. {
  58. b2Body* b1 = m_bodyA;
  59. b2Body* b2 = m_bodyB;
  60. if (m_enableMotor || m_enableLimit)
  61. {
  62. // You cannot create a rotation limit between bodies that
  63. // both have fixed rotation.
  64. b2Assert(b1->m_invI > 0.0f || b2->m_invI > 0.0f);
  65. }
  66. // Compute the effective mass matrix.
  67. b2Vec2 r1 = b2Mul(b1->GetTransform().R, m_localAnchor1 - b1->GetLocalCenter());
  68. b2Vec2 r2 = b2Mul(b2->GetTransform().R, m_localAnchor2 - b2->GetLocalCenter());
  69. // J = [-I -r1_skew I r2_skew]
  70. //     [ 0       -1 0       1]
  71. // r_skew = [-ry; rx]
  72. // Matlab
  73. // K = [ m1+r1y^2*i1+m2+r2y^2*i2,  -r1y*i1*r1x-r2y*i2*r2x,          -r1y*i1-r2y*i2]
  74. //     [  -r1y*i1*r1x-r2y*i2*r2x, m1+r1x^2*i1+m2+r2x^2*i2,           r1x*i1+r2x*i2]
  75. //     [          -r1y*i1-r2y*i2,           r1x*i1+r2x*i2,                   i1+i2]
  76. float32 m1 = b1->m_invMass, m2 = b2->m_invMass;
  77. float32 i1 = b1->m_invI, i2 = b2->m_invI;
  78. m_mass.col1.x = m1 + m2 + r1.y * r1.y * i1 + r2.y * r2.y * i2;
  79. m_mass.col2.x = -r1.y * r1.x * i1 - r2.y * r2.x * i2;
  80. m_mass.col3.x = -r1.y * i1 - r2.y * i2;
  81. m_mass.col1.y = m_mass.col2.x;
  82. m_mass.col2.y = m1 + m2 + r1.x * r1.x * i1 + r2.x * r2.x * i2;
  83. m_mass.col3.y = r1.x * i1 + r2.x * i2;
  84. m_mass.col1.z = m_mass.col3.x;
  85. m_mass.col2.z = m_mass.col3.y;
  86. m_mass.col3.z = i1 + i2;
  87. m_motorMass = i1 + i2;
  88. if (m_motorMass > 0.0f)
  89. {
  90. m_motorMass = 1.0f / m_motorMass;
  91. }
  92. if (m_enableMotor == false)
  93. {
  94. m_motorImpulse = 0.0f;
  95. }
  96. if (m_enableLimit)
  97. {
  98. float32 jointAngle = b2->m_sweep.a - b1->m_sweep.a - m_referenceAngle;
  99. if (b2Abs(m_upperAngle - m_lowerAngle) < 2.0f * b2_angularSlop)
  100. {
  101. m_limitState = e_equalLimits;
  102. }
  103. else if (jointAngle <= m_lowerAngle)
  104. {
  105. if (m_limitState != e_atLowerLimit)
  106. {
  107. m_impulse.z = 0.0f;
  108. }
  109. m_limitState = e_atLowerLimit;
  110. }
  111. else if (jointAngle >= m_upperAngle)
  112. {
  113. if (m_limitState != e_atUpperLimit)
  114. {
  115. m_impulse.z = 0.0f;
  116. }
  117. m_limitState = e_atUpperLimit;
  118. }
  119. else
  120. {
  121. m_limitState = e_inactiveLimit;
  122. m_impulse.z = 0.0f;
  123. }
  124. }
  125. else
  126. {
  127. m_limitState = e_inactiveLimit;
  128. }
  129. if (step.warmStarting)
  130. {
  131. // Scale impulses to support a variable time step.
  132. m_impulse *= step.dtRatio;
  133. m_motorImpulse *= step.dtRatio;
  134. b2Vec2 P(m_impulse.x, m_impulse.y);
  135. b1->m_linearVelocity -= m1 * P;
  136. b1->m_angularVelocity -= i1 * (b2Cross(r1, P) + m_motorImpulse + m_impulse.z);
  137. b2->m_linearVelocity += m2 * P;
  138. b2->m_angularVelocity += i2 * (b2Cross(r2, P) + m_motorImpulse + m_impulse.z);
  139. }
  140. else
  141. {
  142. m_impulse.SetZero();
  143. m_motorImpulse = 0.0f;
  144. }
  145. }
  146. void b2RevoluteJoint::SolveVelocityConstraints(const b2TimeStep& step)
  147. {
  148. b2Body* b1 = m_bodyA;
  149. b2Body* b2 = m_bodyB;
  150. b2Vec2 v1 = b1->m_linearVelocity;
  151. float32 w1 = b1->m_angularVelocity;
  152. b2Vec2 v2 = b2->m_linearVelocity;
  153. float32 w2 = b2->m_angularVelocity;
  154. float32 m1 = b1->m_invMass, m2 = b2->m_invMass;
  155. float32 i1 = b1->m_invI, i2 = b2->m_invI;
  156. // Solve motor constraint.
  157. if (m_enableMotor && m_limitState != e_equalLimits)
  158. {
  159. float32 Cdot = w2 - w1 - m_motorSpeed;
  160. float32 impulse = m_motorMass * (-Cdot);
  161. float32 oldImpulse = m_motorImpulse;
  162. float32 maxImpulse = step.dt * m_maxMotorTorque;
  163. m_motorImpulse = b2Clamp(m_motorImpulse + impulse, -maxImpulse, maxImpulse);
  164. impulse = m_motorImpulse - oldImpulse;
  165. w1 -= i1 * impulse;
  166. w2 += i2 * impulse;
  167. }
  168. // Solve limit constraint.
  169. if (m_enableLimit && m_limitState != e_inactiveLimit)
  170. {
  171. b2Vec2 r1 = b2Mul(b1->GetTransform().R, m_localAnchor1 - b1->GetLocalCenter());
  172. b2Vec2 r2 = b2Mul(b2->GetTransform().R, m_localAnchor2 - b2->GetLocalCenter());
  173. // Solve point-to-point constraint
  174. b2Vec2 Cdot1 = v2 + b2Cross(w2, r2) - v1 - b2Cross(w1, r1);
  175. float32 Cdot2 = w2 - w1;
  176. b2Vec3 Cdot(Cdot1.x, Cdot1.y, Cdot2);
  177. b2Vec3 impulse = m_mass.Solve33(-Cdot);
  178. if (m_limitState == e_equalLimits)
  179. {
  180. m_impulse += impulse;
  181. }
  182. else if (m_limitState == e_atLowerLimit)
  183. {
  184. float32 newImpulse = m_impulse.z + impulse.z;
  185. if (newImpulse < 0.0f)
  186. {
  187. b2Vec2 reduced = m_mass.Solve22(-Cdot1);
  188. impulse.x = reduced.x;
  189. impulse.y = reduced.y;
  190. impulse.z = -m_impulse.z;
  191. m_impulse.x += reduced.x;
  192. m_impulse.y += reduced.y;
  193. m_impulse.z = 0.0f;
  194. }
  195. }
  196. else if (m_limitState == e_atUpperLimit)
  197. {
  198. float32 newImpulse = m_impulse.z + impulse.z;
  199. if (newImpulse > 0.0f)
  200. {
  201. b2Vec2 reduced = m_mass.Solve22(-Cdot1);
  202. impulse.x = reduced.x;
  203. impulse.y = reduced.y;
  204. impulse.z = -m_impulse.z;
  205. m_impulse.x += reduced.x;
  206. m_impulse.y += reduced.y;
  207. m_impulse.z = 0.0f;
  208. }
  209. }
  210. b2Vec2 P(impulse.x, impulse.y);
  211. v1 -= m1 * P;
  212. w1 -= i1 * (b2Cross(r1, P) + impulse.z);
  213. v2 += m2 * P;
  214. w2 += i2 * (b2Cross(r2, P) + impulse.z);
  215. }
  216. else
  217. {
  218. b2Vec2 r1 = b2Mul(b1->GetTransform().R, m_localAnchor1 - b1->GetLocalCenter());
  219. b2Vec2 r2 = b2Mul(b2->GetTransform().R, m_localAnchor2 - b2->GetLocalCenter());
  220. // Solve point-to-point constraint
  221. b2Vec2 Cdot = v2 + b2Cross(w2, r2) - v1 - b2Cross(w1, r1);
  222. b2Vec2 impulse = m_mass.Solve22(-Cdot);
  223. m_impulse.x += impulse.x;
  224. m_impulse.y += impulse.y;
  225. v1 -= m1 * impulse;
  226. w1 -= i1 * b2Cross(r1, impulse);
  227. v2 += m2 * impulse;
  228. w2 += i2 * b2Cross(r2, impulse);
  229. }
  230. b1->m_linearVelocity = v1;
  231. b1->m_angularVelocity = w1;
  232. b2->m_linearVelocity = v2;
  233. b2->m_angularVelocity = w2;
  234. }
  235. bool b2RevoluteJoint::SolvePositionConstraints(float32 baumgarte)
  236. {
  237. // TODO_ERIN block solve with limit.
  238. B2_NOT_USED(baumgarte);
  239. b2Body* b1 = m_bodyA;
  240. b2Body* b2 = m_bodyB;
  241. float32 angularError = 0.0f;
  242. float32 positionError = 0.0f;
  243. // Solve angular limit constraint.
  244. if (m_enableLimit && m_limitState != e_inactiveLimit)
  245. {
  246. float32 angle = b2->m_sweep.a - b1->m_sweep.a - m_referenceAngle;
  247. float32 limitImpulse = 0.0f;
  248. if (m_limitState == e_equalLimits)
  249. {
  250. // Prevent large angular corrections
  251. float32 C = b2Clamp(angle - m_lowerAngle, -b2_maxAngularCorrection, b2_maxAngularCorrection);
  252. limitImpulse = -m_motorMass * C;
  253. angularError = b2Abs(C);
  254. }
  255. else if (m_limitState == e_atLowerLimit)
  256. {
  257. float32 C = angle - m_lowerAngle;
  258. angularError = -C;
  259. // Prevent large angular corrections and allow some slop.
  260. C = b2Clamp(C + b2_angularSlop, -b2_maxAngularCorrection, 0.0f);
  261. limitImpulse = -m_motorMass * C;
  262. }
  263. else if (m_limitState == e_atUpperLimit)
  264. {
  265. float32 C = angle - m_upperAngle;
  266. angularError = C;
  267. // Prevent large angular corrections and allow some slop.
  268. C = b2Clamp(C - b2_angularSlop, 0.0f, b2_maxAngularCorrection);
  269. limitImpulse = -m_motorMass * C;
  270. }
  271. b1->m_sweep.a -= b1->m_invI * limitImpulse;
  272. b2->m_sweep.a += b2->m_invI * limitImpulse;
  273. b1->SynchronizeTransform();
  274. b2->SynchronizeTransform();
  275. }
  276. // Solve point-to-point constraint.
  277. {
  278. b2Vec2 r1 = b2Mul(b1->GetTransform().R, m_localAnchor1 - b1->GetLocalCenter());
  279. b2Vec2 r2 = b2Mul(b2->GetTransform().R, m_localAnchor2 - b2->GetLocalCenter());
  280. b2Vec2 C = b2->m_sweep.c + r2 - b1->m_sweep.c - r1;
  281. positionError = C.Length();
  282. float32 invMass1 = b1->m_invMass, invMass2 = b2->m_invMass;
  283. float32 invI1 = b1->m_invI, invI2 = b2->m_invI;
  284. // Handle large detachment.
  285. const float32 k_allowedStretch = 10.0f * b2_linearSlop;
  286. if (C.LengthSquared() > k_allowedStretch * k_allowedStretch)
  287. {
  288. // Use a particle solution (no rotation).
  289. b2Vec2 u = C; u.Normalize();
  290. float32 m = invMass1 + invMass2;
  291. if (m > 0.0f)
  292. {
  293. m = 1.0f / m;
  294. }
  295. b2Vec2 impulse = m * (-C);
  296. const float32 k_beta = 0.5f;
  297. b1->m_sweep.c -= k_beta * invMass1 * impulse;
  298. b2->m_sweep.c += k_beta * invMass2 * impulse;
  299. C = b2->m_sweep.c + r2 - b1->m_sweep.c - r1;
  300. }
  301. b2Mat22 K1;
  302. K1.col1.x = invMass1 + invMass2; K1.col2.x = 0.0f;
  303. K1.col1.y = 0.0f; K1.col2.y = invMass1 + invMass2;
  304. b2Mat22 K2;
  305. K2.col1.x =  invI1 * r1.y * r1.y; K2.col2.x = -invI1 * r1.x * r1.y;
  306. K2.col1.y = -invI1 * r1.x * r1.y; K2.col2.y =  invI1 * r1.x * r1.x;
  307. b2Mat22 K3;
  308. K3.col1.x =  invI2 * r2.y * r2.y; K3.col2.x = -invI2 * r2.x * r2.y;
  309. K3.col1.y = -invI2 * r2.x * r2.y; K3.col2.y =  invI2 * r2.x * r2.x;
  310. b2Mat22 K = K1 + K2 + K3;
  311. b2Vec2 impulse = K.Solve(-C);
  312. b1->m_sweep.c -= b1->m_invMass * impulse;
  313. b1->m_sweep.a -= b1->m_invI * b2Cross(r1, impulse);
  314. b2->m_sweep.c += b2->m_invMass * impulse;
  315. b2->m_sweep.a += b2->m_invI * b2Cross(r2, impulse);
  316. b1->SynchronizeTransform();
  317. b2->SynchronizeTransform();
  318. }
  319. return positionError <= b2_linearSlop && angularError <= b2_angularSlop;
  320. }
  321. b2Vec2 b2RevoluteJoint::GetAnchorA() const
  322. {
  323. return m_bodyA->GetWorldPoint(m_localAnchor1);
  324. }
  325. b2Vec2 b2RevoluteJoint::GetAnchorB() const
  326. {
  327. return m_bodyB->GetWorldPoint(m_localAnchor2);
  328. }
  329. b2Vec2 b2RevoluteJoint::GetReactionForce(float32 inv_dt) const
  330. {
  331. b2Vec2 P(m_impulse.x, m_impulse.y);
  332. return inv_dt * P;
  333. }
  334. float32 b2RevoluteJoint::GetReactionTorque(float32 inv_dt) const
  335. {
  336. return inv_dt * m_impulse.z;
  337. }
  338. float32 b2RevoluteJoint::GetJointAngle() const
  339. {
  340. b2Body* b1 = m_bodyA;
  341. b2Body* b2 = m_bodyB;
  342. return b2->m_sweep.a - b1->m_sweep.a - m_referenceAngle;
  343. }
  344. float32 b2RevoluteJoint::GetJointSpeed() const
  345. {
  346. b2Body* b1 = m_bodyA;
  347. b2Body* b2 = m_bodyB;
  348. return b2->m_angularVelocity - b1->m_angularVelocity;
  349. }
  350. bool b2RevoluteJoint::IsMotorEnabled() const
  351. {
  352. return m_enableMotor;
  353. }
  354. void b2RevoluteJoint::EnableMotor(bool flag)
  355. {
  356. m_bodyA->SetAwake(true);
  357. m_bodyB->SetAwake(true);
  358. m_enableMotor = flag;
  359. }
  360. float32 b2RevoluteJoint::GetMotorTorque() const
  361. {
  362. return m_motorImpulse;
  363. }
  364. void b2RevoluteJoint::SetMotorSpeed(float32 speed)
  365. {
  366. m_bodyA->SetAwake(true);
  367. m_bodyB->SetAwake(true);
  368. m_motorSpeed = speed;
  369. }
  370. void b2RevoluteJoint::SetMaxMotorTorque(float32 torque)
  371. {
  372. m_bodyA->SetAwake(true);
  373. m_bodyB->SetAwake(true);
  374. m_maxMotorTorque = torque;
  375. }
  376. bool b2RevoluteJoint::IsLimitEnabled() const
  377. {
  378. return m_enableLimit;
  379. }
  380. void b2RevoluteJoint::EnableLimit(bool flag)
  381. {
  382. m_bodyA->SetAwake(true);
  383. m_bodyB->SetAwake(true);
  384. m_enableLimit = flag;
  385. }
  386. float32 b2RevoluteJoint::GetLowerLimit() const
  387. {
  388. return m_lowerAngle;
  389. }
  390. float32 b2RevoluteJoint::GetUpperLimit() const
  391. {
  392. return m_upperAngle;
  393. }
  394. void b2RevoluteJoint::SetLimits(float32 lower, float32 upper)
  395. {
  396. b2Assert(lower <= upper);
  397. m_bodyA->SetAwake(true);
  398. m_bodyB->SetAwake(true);
  399. m_lowerAngle = lower;
  400. m_upperAngle = upper;
  401. }