Rust物理引擎库bevy_rapier3d的使用，3D游戏开发中的高性能碰撞检测与刚体模拟

安装

在项目目录中运行以下Cargo命令：

cargo add bevy_rapier3d

或者在Cargo.toml中添加：

bevy_rapier3d = "0.30.0"

示例代码

以下是一个完整的bevy_rapier3d使用示例，展示了如何创建带有物理特性的3D对象：

use bevy::prelude::*;
use bevy_rapier3d::prelude::*;

fn main() {
    App::new()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        // 添加Rapier物理插件
        .add_plugin(RapierPhysicsPlugin::<NoUserData>::default())
        // 可选：添加Rapier调试渲染插件
        .add_plugin(RapierDebugRenderPlugin::default())
        .add_startup_system(setup)
        .add_system(move_cube)
        .run();
}

fn setup(
    mut commands: Commands,
    mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
    mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
) {
    // 添加光照
    commands.spawn_bundle(PointLightBundle {
        point_light: PointLight {
            intensity: 1500.0,
            shadows_enabled: true,
            ..default()
        },
        transform: Transform::from_xyz(4.0, 8.0, 4.0),
        ..default()
    });

    // 添加相机
    commands.spawn_bundle(Camera3dBundle {
        transform: Transform::from_xyz(-10.0, 3.0, 0.0)
            .looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y),
        ..default()
    });

    // 添加地面(静态碰撞体)
    commands
        .spawn_bundle(PbrBundle {
            mesh: meshes.add(Mesh::from(shape::Plane { size: 10.0 })),
            material: materials.add(Color::rgb(0.3, 0.5, 0.3).into()),
            ..default()
        })
        .insert(Collider::cuboid(5.0, 0.1, 5.0)); // 碰撞体尺寸

    // 添加立方体(动态刚体)
    commands
        .spawn_bundle(PbrBundle {
            mesh: meshes.add(Mesh::from(shape::Cube { size: 极狐 1.0 })),
            material: materials.add(Color::rgb(0.8, 0.7, 0.6).into()),
            transform: Transform::from_xyz(0.0, 4.0, 0.0),
            ..default()
        })
        .insert(RigidBody::Dynamic)
        .insert(Collider::cuboid(0.5, 0.5, 0.5))
        .insert(ExternalForce {
            force: Vec3::new(0.0, 0.0, 0.0),
            torque: Vec3::new(0.0, 0.0, 0.0),
        })
        .insert(ExternalImpulse {
            impulse: Vec3::new(0.0, 0.0, 0.0),
            torque_impulse: Vec3::new(0.0, 0.0, 0.0),
        });
}

// 系统：控制立方体移动
fn move_cube(
    keyboard_input: Res<极狐 Input<KeyCode>>,
    mut query: Query<&mut ExternalForce, With<RigidBody>>,
) {
    for mut force in query.iter_mut() {
        let mut direction = Vec3::ZERO;
        
        if keyboard_input.pressed(KeyCode::W) {
            direction.z -= 1.0;
        }
        if keyboard_input.pressed(KeyCode::S) {
            direction.z += 1.0;
        }
        if keyboard_input.pressed(KeyCode::A) {
            direction.x -= 1.0;
        }
        if keyboard_input.pressed(KeyCode::D) {
            direction.x += 1.0;
        }
        
        force.force = direction * 10.0;
    }
}

功能说明

1. 物理模拟：

   • RapierPhysicsPlugin 提供完整的物理模拟功能
   • 支持动态和静态刚体
   • 高性能碰撞检测

2. 碰撞体类型：

   • 立方体(Cuboid)
   • 球体(Sphere)
   • 胶囊体(Capsule)
   • 三角形网格(TriMesh)
   • 高度场(HeightField)等

3. 物理特性：

   • 质量属性
   • 摩擦力
   • 恢复系数(弹性)
   • 阻尼等

4. 力与冲量：

   • ExternalForce 持续施加力
   • ExternalImpulse 施加瞬间冲量

调试渲染

RapierDebugRenderPlugin 可以在开发时可视化碰撞体和物理特性。

性能优化

bevy_rapier3d基于Rapier物理引擎，专为高性能设计：

• 使用并行计算
• 高效的碰撞检测算法
• 针对游戏优化的解算器

完整示例代码

use bevy::prelude::*;
use bevy_rapier3d::prelude::*;

fn main() {
    App::new()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_plugin(RapierPhysicsPlugin::<NoUserData>::default())
        .add_plugin(RapierDebugRenderPlugin::default())
        .add_startup_system(setup_scene)
        .add_startup_system(setup_physics)
        .add_system(apply_gravity)
        .add_system(jump_controls)
        .run();
}

// 设置场景
fn setup_scene(
    mut commands: Commands,
    mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
    mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
) {
    // 相机
    commands.spawn_bundle(Camera3dBundle {
        transform: Transform::from_xyz(0.0, 2.0, 10.0).looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y),
        ..default()
    });

    // 光照
    commands.spawn_bundle(DirectionalLightBundle {
        directional_light: DirectionalLight {
            illuminance: 10000.0,
            shadows_enabled: true,
            ..default()
        },
        transform: Transform::from_xyz(3.0, 10.0, 5.0).looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y),
        ..default()
    });
}

// 设置物理场景
fn setup_physics(
    mut commands: Commands,
    mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
    mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
) {
    // 地面
    commands
        .spawn_bundle(PbrBundle {
            mesh: meshes.add(Mesh::from(shape::Plane { size: 10.0 })),
            material: materials.add(Color::rgb(0.3, 0.5, 0.3).into()),
            transform: Transform::from_xyz(0.0, -2.0, 0.0),
            ..default()
        })
        .insert(Collider::cuboid(5.0, 0.1, 5.0))
        .insert(RigidBody::Fixed);

    // 玩家角色(胶囊体)
    commands
        .spawn_bundle(PbrBundle {
            mesh: meshes.add(Mesh::from(shape::Capsule {
                radius: 0.5,
                depth: 1.0,
                ..default()
            })),
            material: materials.add(Color::rgb(0.8, 0.2, 0.2).into()),
            transform: Transform::from_xyz(0.0, 4.0, 0.0),
            ..default()
        })
        .insert(RigidBody::Dynamic)
        .insert(Collider::capsule_y(0.5, 0.5))
        .insert(Velocity::default())
        .insert(GravityScale(1.0))
        .insert(Player);
}

// 玩家标记组件
#[derive(Component)]
struct Player;

// 应用重力系统
fn apply_gravity(mut query: Query<&mut Velocity, With<Player>>) {
    for mut velocity in query.iter_mut() {
        velocity.linvel.y -= 0.1; // 简单重力模拟
    }
}

// 跳跃控制系统
fn jump_controls(
    keyboard_input: Res<Input<KeyCode>>,
    mut query: Query<&mut Velocity, With<Player>>,
) {
    if keyboard_input.just_pressed(KeyCode::Space) {
        for mut velocity in query.iter_mut() {
            velocity.linvel.y = 5.0; // 跳跃力
        }
    }
}

许可证: Apache-2.0