Как реализовать в SimCity 5 физический эффект, когда здание качается при перемещении?

Это сложно описать простым текстом, поэтому я записал GIF для демонстрации.

https://public.lightpic.info/image/2B1F_582465841.gif

В настоящее время я работаю над проектом, который требует такого эффекта. До сих пор я заканчивал аналогичный эффект на iOS с помощью SpriteKit, но, к сожалению, результат оказался не очень удовлетворительным.

Это моя работа: в моем проекте есть объект неправильной формы, к которому приложена постоянная сила где-то ниже центра тяжести объекта и направлена ​​вниз. Я взял за правило, что координата объекта не может быть изменена силой, так что объект не будет тянуться силой вниз. Когда объект наклонен, его инерция и сила приводят к угловому моменту, который делает объект вертикальным. Подробности:

Force Demo

А при манипулировании объектом точка действия находится выше центра тяжести. В результате сочетания инерции объекта и силы угловой момент заставляет объект наклоняться.

Однако ничто не доказало, что я прав, потому что результат, который я получаю от физического движка SpriteKit, заключается в том, что объект оказывается простым маятником. Но интуиция подсказывает мне, что я не ошибся, на самом деле я не прикреплял центр тяжести объекта к фону, и что я действительно делал, так это возвращал объект в исходное положение каждый раз, когда моделировалась физика. Но результат сильно плюнул мне в лицо :(. Поэтому маятник качается и качается, конечный физ эффект просто отстой.

Затем я придумал временное решение: умножать угловую скорость на 0,95 каждый раз, когда симулируется физика. Это решение явно не идеальное, потому что, когда угол поворота стремится к горизонтальному, угловая скорость недостаточно высока и становится вертикальным медленно. Однако есть преимущество: по крайней мере, объект наконец-то может перестать раскачиваться.

Мое дальнейшее решение состоит в том, что сила, приложенная к объекту, изменяется в зависимости от уровня наклона. Когда объект стремится стать горизонтальным, сила имеет тенденцию быть большой, а когда объект стремится быть вертикальным, сила имеет тенденцию быть маленькой. Это хорошо бы описала простая функция: F=1000N×|sin[градусы вращения]|. Это очень помогает, но, к сожалению, эффект результата совсем не кажется физическим.

Вывод: после многодневных занятий мне не удалось реализовать эффект, продемонстрированный в GIF, и мне очень стыдно за это. Я действительно надеюсь, что кто-нибудь с большими способностями поможет мне. Спасибо, что прочитали мое длинное описание, я очень ценю ваше терпение.

Добавление:

На скриншоте показан мой подход к реализации этого эффекта.

Моя реализация

Дополнение 2:

Я загрузил свою реализацию, которая представляет собой файл Swift Playground. Загрузите его по адресу: http://www.mediafire.com/file/qrct5sty2cyvwsy/Swing.playground.zip

PS. Поскольку мой родной язык не английский, прошу простить меня за плохую грамматику.


person Source    schedule 11.11.2016    source источник
comment
Ось, на которой он качается, равна x или около того. Это требует использования 3D-сцены с ее 3D-преобразованиями. Можете ли вы сделать снимок экрана или как-то иначе показать мне, как вы настроили свою сцену в 2D, чтобы я мог описать, как решить эту проблему.   -  person Confused    schedule 12.11.2016
comment
@ Confused да, ось x. Я добавил скриншот, и он может быть полезен. Большое спасибо за ответ на мой вопрос.   -  person Source    schedule 12.11.2016
comment
Эй, источник, эта ссылка мертва, или странная, или локальная, или что-то в этом роде. Там ничего нет. Вы можете вставить изображения в свой вопрос, просто нажмите кнопку изображения при редактировании в строке стилей/редактирования непосредственно над текстовым полем.   -  person Confused    schedule 12.11.2016
comment
@Confused, извините за неудобства. Я исправил это, и теперь вы можете видеть изображения?   -  person Source    schedule 12.11.2016
comment
Извините, я видел этот. Что я хочу увидеть (чтобы попытаться помочь), так это то, что вы делаете, и как вы используете пространство, 2D и 3D, чтобы я мог сделать предложение не только о том, как получить ощущение, которое вы ищете, но и как заставить его работать в вашем пространстве. РЕДАКТИРОВАТЬ: упс. обновил браузер и теперь может видеть ваши изображения.   -  person Confused    schedule 12.11.2016
comment
То, что я вижу, это взгляд сверху вниз на что-то, что движется в пространстве X/Y. Я предполагаю, что вы хотите, чтобы это вращалось по оси X/Y, которая находится под прямым углом к ​​его пути движения. Но это будет немного сложно, если вообще возможно в SpriteKit. Можете ли вы использовать SceneKit для размещения этого объекта в 3D-пространстве?   -  person Confused    schedule 12.11.2016
comment
@Confused Вы правильно догадались. Реальный эффект, которого требует мой проект, заключается в том, что при перемещении объекта по осям X и Y он поворачивается под прямым углом. Я загрузил игровую площадку Swift, которая демонстрирует мою теорию. Мне не удалось добавить этот эффект в мой проект, потому что в SKScene touchesMoved() возвращает очень небольшое движение при каждом обновлении, что делает поведение моего объекта очень странным. И может быть полезно использовать SceneKit, но на самом деле я новичок в SpriteKit и почти не имею опыта работы со SceneKit, поэтому, возможно, я не смогу реализовать этот эффект в конце концов. В любом случае, спасибо за вашу помощь и терпение.   -  person Source    schedule 13.11.2016


Ответы (1)


Пружина, маятник и немного ржавчины..

То, что вам нужно, это поворотный рычаг, прикрепленный к пружине, и демпфер, который движется на тележке.

Пружина прикладывает усилие, чтобы вернуть поворотный рычаг обратно в вертикальное положение.

Демпфирование (в демо-версии оно применяется к вращающемуся сочленению как трение, такое же, как в ржавом сочленении) просто для того, чтобы навсегда остановить его колебания.

При перемещении мыши в верхней части поворотного рычага действует сила в противоположном направлении.

Поворотный рычаг Pendulum V

Одно из различий между маятником и подпружиненным поворотным рычагом заключается в том, что частота колебаний будет меняться в зависимости от количества углового момента, минимального напряжения пружины и положения поворотного рычага.

Интерактивная иллюстрация

На иллюстрации показан маятник в действии, но характеристики маятника зависят от множества факторов; Высота поворотного рычага, сила пружины, демпфирование, масса поворотного рычага, где пружина установлена ​​на рычаге и закреплена на движущейся тележке. Я добавил несколько ползунков, чтобы вы могли видеть различные варианты поведения.

Иллюстрация — это не ответ, она предназначена только для иллюстрации концепции, вам придется реализовать решение в любом программном обеспечении или библиотеке, которые вы используете.

Пружины очень простые, с линейной зависимостью между длиной пружины и усилием. Закон поиска Хука.

Демпфирование в примере — это просто скаляр, примененный к дельта-повороту. dr *= 1-damping

Силы прилагаются к поворотному рычагу в определенном месте как ускорение и сила (ньютоны в пиксельных единицах BS). Шарнир фиксируется, и поэтому любое линейное ускорение теряется.

Обновлять. В первом посте было несколько ошибок. Я применил усилие пружины как ускорение, а не усилие, пружину нельзя было натянуть, и движение мыши было неправильно преобразовано в ускорение. Различия тонкие, но важные. Все исправлено ???? наслаждайтесь ????

var canvas = document.createElement("canvas");
canvas.width = innerWidth - 40;
canvas.height = innerHeight - 40;
canvas.style.border = "1px solid black";
var ctx = canvas.getContext("2d");
document.body.appendChild(canvas);
var sliderChanged = true;
function createSlider(name,val,min,max){
var div = document.createElement("div");    
div.textContent = name;
var slider = document.createElement("input");
var valSpan = document.createElement("span");    
slider.type = "range";
slider.min = min;
slider.max = max;

slider.step = (max-min)/Math.floor(canvas.width * 0.7);
slider.value = val;
valSpan.textContent = val;
slider.addEventListener("mousemove",function(){
    if(slider.value !== slider.lastValue){
        slider.lastValue = slider.value;
        valSpan.textContent = Number(slider.value).toFixed(3);
        sliderChanged = true;
     }
});
div.appendChild(slider);
div.appendChild(valSpan);
document.body.appendChild(div);
return slider;
}

var springTension = createSlider("Spring tension :",0.5,0,1);
var springStrength = createSlider("Spring strength :",5,0.1,20);
var damping = createSlider("Damping :",0.1,0.01,1.0);
var armMass = createSlider("Swing arm mass:",200,1,1000);
var armHeight = createSlider("Swing arm height:",Math.floor(canvas.height * 0.6),Math.floor(canvas.height * 0.1),Math.floor(canvas.height * 0.8));



var mouse = (function () {
function preventDefault(e) {
    e.preventDefault();
}
var mouse = {
    x : 0,
    y : 0,
    bounds : null,
    mouseEvents : "mousemove".split(",")
};
var m = mouse;
function mouseMove(e) {
    var t = e.type;
    m.bounds = m.element.getBoundingClientRect();
    m.x = e.pageX - m.bounds.left;
    m.y = e.pageY - m.bounds.top;
}
m.updateBounds = function () {
}
m.start = function (element) {
    m.element = element === undefined ? document : element;
    m.mouseEvents.forEach(n => {
        m.element.addEventListener(n, mouseMove);
    });
    m.updateBounds();
}
return mouse;
})();
mouse.start(canvas);

//=====================================================================================================================
// Answer start here

const springCof = 0.3;  // characteristic of the spring see Hooks law
const dampingC = 0.05;  // amount of damping as a factor of rotational speed.
const springTensionC = 0.5; // min tension on the spring ( 1 subtract the amount the spring is stretched from relaxed length)

// details of the swing arm

var pole = {};
pole.mass = 200;
pole.dr = 0;
pole.rot = 0;
pole.piviotRadius = canvas.height * 0.01;
pole.topWidth = canvas.height * 0.02
pole.centerWidth = canvas.height * 0.04
pole.baseWidth = canvas.height * 0.02
pole.x = canvas.width / 2;
pole.y = canvas.height * 0.7;
pole.height = canvas.height * 0.6; // from rotation point to top
pole.baseHeight = canvas.height * 0.1;
pole.spring = {};
pole.spring.y = canvas.height * 0.1;
pole.spring.x = 0;
pole.spring.baseY = canvas.height * 0.2;
pole.spring.baseX = 0;
pole.spring.relaxLength = Math.hypot(pole.spring.x -pole.spring.baseX, pole.spring.y - pole.spring.baseY);
pole.spring.relaxLength *= springTensionC;
pole.spring.cof = springCof;  // characteristic of the spring see Hooks law
pole.spring.damp = dampingC;  // amount of damping as a factor of rotational speed.
                      // Basicly the pivot is rusty and provides the damping.
function setPoleValues(pole){
pole.height = Number(armHeight.value);
pole.mass = Number(armMass.value);
var lookRight = Math.pow(pole.mass,1/3)/Math.pow(1000,1/3);
pole.topWidth = canvas.height * (0.001 + 0.02 * lookRight);
pole.centerWidth = canvas.height * (0.004 + 0.04 * lookRight)
pole.baseWidth = canvas.height * (0.004 + 0.02 * lookRight)
pole.spring.relaxLength = Math.hypot(pole.spring.x -pole.spring.baseX, pole.spring.y - pole.spring.baseY);
pole.spring.relaxLength *= 1-Number(springTension.value);
pole.spring.cof = Number(springStrength.value);  
pole.spring.damp = Number(damping.value);
}

// draws a spring
function drawSpring(x1,y1,x2,y2,width){
var x = x2 - x1;
var y = y2 - y1;
var dist = Math.sqrt(x * x + y * y);

var nx = x / dist;
var ny = y / dist;
ctx.beginPath();
ctx.lineWidth = 1;
ctx.moveTo(x1,y1);
var step = 0.1;
for(var i = step; i < 1-step; i += step){
    for(var j = 0; j < 1; j += 0.1){
        var xx = x1 + x * (i + j * step);
        var yy = y1 + y * (i + j * step);
        xx -= Math.sin(j * Math.PI * 2) * ny * width;
        yy += Math.sin(j * Math.PI * 2) * nx * width;
        ctx.lineTo(xx,yy);
    }
}
ctx.lineTo(x2,y2);
ctx.stroke();
return dist;
}


// draws the pole and also calculates the position of the pole top
// and details about the spring
function drawPole(pole){
ctx.fillStyle = "red";
ctx.strokeStyle = "black";
ctx.lineWidth = 4;
ctx.lineJoin = "round";
ctx.setTransform(1,0,0,1,pole.x,pole.y)
ctx.rotate(pole.rot)
ctx.beginPath();
ctx.moveTo( - pole.topWidth,- pole.height);
ctx.lineTo(pole.topWidth,- pole.height);
ctx.lineTo(pole.centerWidth,0);
ctx.lineTo(pole.baseWidth, pole.baseHeight);
ctx.lineTo( - pole.baseWidth, pole.baseHeight);
ctx.lineTo( - pole.centerWidth,0);
ctx.closePath();
ctx.stroke();
ctx.fill();
ctx.fillStyle = "yellow";
ctx.beginPath();
ctx.arc(  pole.spring.x,pole.spring.y,pole.piviotRadius * 0.5,0,Math.PI*2);
ctx.stroke();
ctx.fill();
ctx.setTransform(1,0,0,1,0,0)
ctx.fillStyle = "blue";
ctx.beginPath();
ctx.arc(pole.x,pole.y,pole.piviotRadius,0,Math.PI*2);
ctx.stroke();
ctx.fill();
ctx.fillStyle = "yellow";
ctx.beginPath();
ctx.arc(pole.x + pole.spring.baseX,pole.y  + pole.spring.baseY,pole.piviotRadius * 0.5,0,Math.PI*2);
ctx.stroke();
ctx.fill();


var xdx = Math.cos(pole.rot);
var xdy = Math.sin(pole.rot);
var xx = pole.spring.realX = xdx * pole.spring.x - xdy * pole.spring.y;
var yy = pole.spring.realY = xdy * pole.spring.x + xdx * pole.spring.y;
pole.spring.length = Math.hypot(pole.x + xx -(pole.x + pole.spring.baseX), pole.y + yy- (pole.y + pole.spring.baseY));
pole.spring.direction = Math.atan2(pole.y + pole.spring.baseY - (pole.y + yy),pole.x + pole.spring.baseX-(pole.x + xx ))
pole.topX = pole.x + xdy * pole.height; // at 90 deg
pole.topY = pole.y - xdx * pole.height;    
   drawSpring(pole.x + xx,pole.y  + yy,pole.x + pole.spring.baseX,pole.y  + pole.spring.baseY,3);

}
// applies a force.
// As the the swing arm rotation point is fixed this only extracts the 
// angular acceleration from the force
function applyAccel(pole,x,y,ax, ay){ // x,y where the force is applied,
                                  // ax,ay the acceleration of the force
var direction = Math.atan2(ay,ax);
var toCenter = Math.atan2(pole.y - y, pole.x - x);
var pheta = toCenter - direction;
var dist = Math.hypot(x-pole.x,y-pole.y);
var force = Math.hypot(ax,ay) * pole.mass;
var Fa = Math.sin(pheta) * force; 
Fa = Fa / (pole.mass * dist);
pole.dr += Fa;// now add that to the box delta r    
}
function applyForce(pole, x, y, fx, fy){ // x,y where the force is applied, 
                                     // fx,fy the force
var direction = Math.atan2(fy,fx);
var toCenter = Math.atan2(pole.y - y, pole.x - x);
var pheta = toCenter - direction;
var dist = Math.hypot(x-pole.x,y-pole.y);
var force = Math.hypot(fx,fy) ;
var Fa = Math.sin(pheta) * force; 
Fa = Fa / (pole.mass * dist);
pole.dr += Fa;// now add that to the box delta r    
}





// for calculating the acceleration of the mouse
var lastX = 0;
var speed = {};
speed.x = 0;
speed.y = 0;
speed.lx = 0;
speed.ly = 0;




function update2(timer){
globalTime = timer;
ctx.setTransform(1,0,0,1,0,0); // reset transform
ctx.globalAlpha = 1;           // reset alpha
ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height);
if(sliderChanged){
    setPoleValues(pole);
    sliderChanged;
}

if(lastX == undefined){
    lastX = mouse.x;
    getPoleDetails(pole);
}
    drawPole(pole);
// move the pole
pole.x = mouse.x;
// get the acceleration of the mouse movement
speed.x = (lastX - mouse.x);
speed.y = 0;

// apply the mouse movement acceleration to the top of the pole
// Accel is the change in mouse speed
applyAccel(pole,pole.topX,pole.topY,speed.x - speed.lx, speed.y - speed.ly);

// apply the springs force (note the spring is never compressed)
applyForce(
    pole,
    pole.x + pole.spring.realX, 
    pole.y + pole.spring.realY,
    Math.cos(pole.spring.direction) * (pole.spring.length - pole.spring.relaxLength) * pole.spring.cof,
    Math.sin(pole.spring.direction) * (pole.spring.length - pole.spring.relaxLength) * pole.spring.cof
)
// add the change in rotation
pole.rot += pole.dr;
// dampen the rotation 
pole.dr *= 1-pole.spring.damp;

lastX = mouse.x
speed.lx = speed.x;
speed.ly = speed.y
if((mouse.buttonRaw & 4)!== 4){
    requestAnimationFrame(update2);
}else{
    log("done");
}
}
requestAnimationFrame(update2);

person Blindman67    schedule 15.11.2016
comment
Большое спасибо! Пружина действительно имитирует это очень хорошо! - person Source; 19.11.2016