Rust物理引擎库rapier2d的使用：高性能2D碰撞检测与刚体模拟的Rust实现

Rapier是一套用于游戏、动画和机器人技术的2D和3D物理引擎。这些库包括rapier2d、rapier3d、rapier2d-f64和rapier3d-f64。它们由Rust编程语言编写，由Dimforge组织开发。它永远免费且开源！

什么是Rapier？

Rapier是一套用于游戏、动画和机器人技术的2D和3D物理引擎。

快速开始

使用Rapier的最简单方法是：

1. 阅读用户指南
2. 运行示例：cargo run --release --bin all_examples2和cargo run --release --bin all_examples3
3. 在Discord上寻求帮助，或在GitHub上提出问题

完整示例代码

use rapier2d::prelude::*;
use rapier2d::dynamics::RigidBodyBuilder;
use rapier2d::geometry::ColliderBuilder;

fn main() {
    // 初始化物理世界
    let gravity = vector![0.0, -9.81];
    let mut physics_pipeline = PhysicsPipeline::new();
    let mut integration_parameters = IntegrationParameters::default();
    let mut island_manager = IslandManager::new();
    let mut broad_phase = BroadPhase::new();
    let mut narrow_phase = NarrowPhase::new();
    let mut rigid_body_set = RigidBodySet::new();
    let mut collider_set = ColliderSet::new();
    let mut impulse_joint_set = ImpulseJointSet::new();
    let mut multibody_joint_set = MultibodyJointSet::new();

    // 创建地面
    let ground_size = 10.0;
    let ground_height = 0.1;
    
    let ground_rigid_body = RigidBodyBuilder::fixed()
        .translation(vector![0.0, -ground_height])
        .build();
    let ground_handle = rigid_body_set.insert(ground_rigid_body);
    
    let ground_collider = ColliderBuilder::cuboid(ground_size, ground_height)
        .build();
    collider_set.insert_with_parent(ground_collider, ground_handle, &mut rigid_body_set);

    // 创建一个下落的球体
    let ball_radius = 0.5;
    let ball_rigid_body = RigidBodyBuilder::dynamic()
        .translation(vector![0.0, 3.0])
        .build();
    let ball_handle = rigid_body_set.insert(ball_rigid_body);
    
    let ball_collider = ColliderBuilder::ball(ball_radius)
        .restitution(0.7) // 设置弹性系数
        .build();
    collider_set.insert_with_parent(ball_collider, ball_handle, &mut rigid_body_set);

    // 模拟100步物理
    for _ in 0..100 {
        physics_pipeline.step(
            &gravity,
            &integration_parameters,
            &mut island_manager,
            &mut broad_phase,
            &mut narrow_phase,
            &mut rigid_body_set,
            &mut collider_set,
            &mut impulse_joint_set,
            &mut multibody_joint_set,
            &(),
            &(),
        );
        
        // 获取球体位置
        let ball = rigid_body_set.get(ball_handle).unwrap();
        println!("Ball position: ({}, {})", ball.translation().x, ball.translation().y);
    }
}

示例说明

1. 首先创建物理世界，包括重力、碰撞检测等组件
2. 创建一个固定的地面刚体和碰撞体
3. 创建一个动态的球体刚体和碰撞体，并设置弹性系数
4. 进行100步物理模拟，每步打印球体的位置

这个示例展示了Rapier的基本用法，包括：

• 创建刚体(RigidBody)
• 创建碰撞体(Collider)
• 设置物理属性(如弹性系数)
• 进行物理模拟

安装

在项目目录中运行以下Cargo命令：

cargo add rapier2d

或在Cargo.toml中添加：

rapier2d = "0.27.0"

类别

• WebAssembly
• 科学
• 模拟
• 游戏开发
• 数学

扩展示例：多物体碰撞模拟

use rapier2d::prelude::*;
use rapier2d::dynamics::RigidBodyBuilder;
use rapier2d::geometry::ColliderBuilder;

fn main() {
    // 初始化物理世界
    let gravity = vector![0.0, -9.81];
    let mut physics_pipeline = PhysicsPipeline::new();
    let mut integration_parameters = IntegrationParameters::default();
    let mut island_manager = IslandManager::new();
    let mut broad_phase = BroadPhase::new();
    let mut narrow_phase = NarrowPhase::new();
    let mut rigid_body_set = RigidBodySet::new();
    let mut collider_set = ColliderSet::new();
    let mut impulse_joint_set = ImpulseJointSet::new();
    let mut multibody_joint_set = MultibodyJointSet::new();

    // 创建地面
    let ground_size = 20.0;
    let ground_height = 0.5;
    
    let ground_rigid_body = RigidBodyBuilder::fixed()
        .translation(vector![0.0, -ground_height])
        .build();
    let ground_handle = rigid_body_set.insert(ground_rigid_body);
    
    let ground_collider = ColliderBuilder::cuboid(ground_size, ground_height)
        .restitution(0.5)
        .friction(0.7)
        .build();
    collider_set.insert_with_parent(ground_collider, ground_handle, &mut rigid_body_set);

    // 创建多个随机下落的物体
    for i in 0..10 {
        let shape_type = i % 3;
        let radius = 0.3 + (i as f32 * 0.05) as f64;
        let x_pos = (i as f64 - 5.0) * 1.5;
        
        let body = RigidBodyBuilder::dynamic()
            .translation(vector![x_pos, 5.0 + i as f64 * 0.5])
            .build();
        let handle = rigid_body_set.insert(body);
        
        // 创建不同类型的碰撞体
        let collider = match shape_type {
            0 => ColliderBuilder::ball(radius),
            1 => ColliderBuilder::cuboid(radius, radius),
            _ => ColliderBuilder::capsule_y(radius, radius * 0.5),
        }
        .restitution(0.3 + i as f64 * 0.05)
        .friction(0.5)
        .build();
        
        collider_set.insert_with_parent(collider, handle, &mut rigid_body_set);
    }

    // 模拟200步物理
    for step in 0..200 {
        physics_pipeline.step(
            &gravity,
            &integration_parameters,
            &mut island_manager,
            &mut broad_phase,
            &mut narrow_phase,
            &mut rigid_body_set,
            &mut collider_set,
            &mut impulse_joint_set,
            &mut multibody_joint_set,
            &(),
            &(),
        );
        
        // 每10步打印一次所有物体的位置
        if step % 10 == 0 {
            println!("Step {}", step);
            for (_, body) in rigid_body_set.iter() {
                println!("Object at: ({:.2}, {:.2})", 
                    body.translation().x, 
                    body.translation().y);
            }
        }
    }
}

这个扩展示例展示了：

• 创建包含多种形状的物理场景
• 设置不同的物理属性（弹性、摩擦系数）
• 批量创建物体并管理它们
• 更详细的模拟输出

您可以根据需要调整参数，如重力大小、物体数量、形状类型等，来创建不同的物理模拟场景。