一、前言
这篇文章是为后续小游戏的开发做理论铺垫的。嗯，我们前面已经陆陆续续讨论了很多 Godot 中的一些基础元素、基本功能，最后也顺理成章地完成了两个小 Demo ：
金币收集小游戏
太空射击小游戏
这两个游戏实际上并没有很大的区别，都是简单地进行上下左右移动并完成一些特定功能，所以我打算接下来做一个更常见，更流行的 2D 游戏： 2D Platformer Game ，即所谓的平台游戏！在开启这个游戏之前，我们先一起来讨论平台游戏中涉及到的最重要的一些游戏理论知识： 2D 碰撞检测理论。
这些理论涉及到了我们之前讨论过的 Area2D 节点以及 KinematicBody2D/RigidBody2D/KinematicBody2D 节点，以及相关碰撞图层和碰撞图层掩码知识。另外，本文还会详细讲述 KinematicBody2D 在游戏中常用的两个重要方法： move_and_collide() 以及 move_and_slide() 的区别和联系。本文内容参考了 KidsCanCode 的一篇文章： Godot 3.0: Using KinematicBody2D ，然后结合我自己的一些探索实践完成。 ?
主要内容：碰撞理论以及正确使用 KinematicBody2D 节点
阅读时间： 15 分钟
永久链接： http://liuqingwen.me/blog/2018/12/30/introduction-of-godot-3-part-12-talk-about-collision-and-move-and-collide-vs-move-and-slide-in-kinematicbody2d/
系列主页： http://liuqingwen.me/blog/introduction-of-godot-series/
二、正文
本篇目标
四个节点回顾： KinematicBody2D/RigidBody2D/StaticBody2D/Area2D
碰撞图层和碰撞图层掩码： Collision Layers/Collision Masks
两个重要方法的区别和联系： move_and_collide/move_and_slide
三个物理节点
在 Godot 中有三个常用的 2D 节点，它们具有碰撞检测与反馈的功能，这三个节点的基础区别在我之前的文章中已经讨论过：Godot3游戏引擎入门之五：上下左右移动动画（下），搬用之前的表格，他们之间的关系和应用场景大致如下：
节点名 StaticBody2D RigidBody2D KinematicBody2D
节点名称 静态碰撞节点（ 2D ） 刚体节点（ 2D ） 运动学节点（ 2D ）
基本特性 自动碰撞检测，位置固定不变 自动碰撞检测，产生碰撞响应：有线速度、角速度等 参与碰撞检测，无自动响应，完全由代码控制移动
使用场景 一般用于固定的墙壁、地面等 一般用于受外界影响而产生运动的物体，比如球体、陨石等 主要用于由代码控制的带物理属性的玩家
我们在 Godot 编辑器中按 F4 查找 API ，可以看到这三个节点都是直接继承于 PhysicsBody2D 的，说明它们都是物理节点，而 PhysicsBody2D 又继承于 CollisionObject2D 具有碰撞检测功能。另外， CollisionObject2D 节点还有另外一个子类，这个子类也是我们之前提过并在游戏中应用过的 Area2D 节点。关于这四个节点的应用我举几个常见例子：
StaticBody2D 能应用于所有游戏，作为墙壁、地面、障碍物等固定物
RigidBody2D 比如像愤怒的小鸟、割绳子、太空飞船游戏的主角等
KinematicBody2D 几乎所有的前后左右移动、跳跃的平台游戏玩家或者敌人
Area2D 常见于游戏中的可收集元素或者标记，比如金币、楼梯、关口或者特殊区域等
这几个节点我们在前面的文章中都遇见过，也有不少例子，它们的使用方法大家应该都会了。这里，关于刚体 RigidBody2D 我暂时不会介绍很多，大家可以参考这篇文章： Godot 3.0: Rigid Bodies ，介绍的内容比较全面。
重要说明： Godot 3.1 版本中对于 StaticBody2D 以及 RigidBody2D 的摩擦力属性（ friction ）和弹性属性（ bounce ）的设置没有出现在属性面板中，而需要在新增的 Physic Material Override 属性下新建一个 PhysicMaterial 间接进行设置即可，实质上区别影响并不大。
碰撞形状和图层
所有的物理碰撞节点都需要至少一个碰撞形状才会有碰撞效果。这个碰撞形状你可以直接在属性面板中添加，也可以在编辑器中暂时“置空”，转而在代码中动态生成，这都是可以的。没有碰撞形状的碰撞节点不会参与游戏中的碰撞交互，碰撞形状主要分为： CollisionShape2D 和 CollisionPolygon2D 两种，应用非常简单，在场景中表现为蓝色区域，游戏运行后并不会显示，可以在 Debug 调试中打开显示效果，在之前的文章中已经详细讨论过。
这里重点要提到的概念是碰撞图层以及碰撞图层掩码。在使用碰撞图层之前，你必须在 Godot 项目设置中对你所需要的图层进行添加并合理命名：
如果你熟悉 iOS 游戏开发框架 SpriteKit 的话，那么这两个概念对你来说很简单，这里我们先列举一下它们的定义：
Layer 即图层，在代码中为 collision_layer ，它表示物体所处的碰撞图层，一个物体一般处于一个图层中
Mask 即掩码，在代码中为 collision_mask ，它表示当前物体所关心的其他的碰撞图层，可包含多个图层
碰撞图层很好理解，类似 PhotoShop/GIMP/Krita 这些图片处理软件中的图层概念，用于把不同的内容分离开来，游戏中碰撞节点一般处于某一个特定的碰撞图层中。那么掩码又是啥意思呢？它实质代表的意义是这个物体需要与哪些图层进行碰撞检测，所以一个节点的掩码可以包含多个图层，如果对方所处的碰撞图层不在你的掩码范围内，那么就不会与之发生碰撞检测，有点拗口，举个例子你就能明白，给节点设置图层的方法以及各自所属的图层如下：
游戏物体 碰撞图层 图层掩码
玩家 1 2, 3
敌人 2 1 (or 0)
金币 3 1 (or 0)
在这种场景设置下，很显然，玩家掩码为 2(enemy) 和 3(coin) ，那么玩家会检测与敌人或者金币之间的碰撞，敌人和金币的掩码设置都是 1(player) ，所以它们分别也会检测与玩家之间发生的碰撞，但是敌人与金币、敌人与敌人、金币与金币、玩家与玩家之间则都不会互相发生任何碰撞检测！
重点说明：图层和掩码都可以不勾选，也就是完全删除，如果这里敌人或者金币删除全部的掩码，即设置图层掩码为 0 ，那么是不是敌人就不能检测到与玩家之间的碰撞了呢？其实并不是！他们依然能互相检测到与对方的碰撞，这是因为玩家的掩码中包含了敌人，只要双方有一个设置了与对方可以发生碰撞检测的掩码，那么双方即可相互检测到与对方之间发生的碰撞！
既然如此，那么假设有这种需求：“游戏中的玩家只检测敌人或者金币，而金币或者敌人不需要去检测玩家”，那能否实现呢？其实在 PhysicsBody2D 的三个节点中还真没办法，但是这里我们可以不考虑使用 KinematicBody2D 等节点，转而使用 Area2D 节点就可以实现了，需要注意该节点的两个属性：
Monitoring 是否能主动检测其他碰撞体
Monitorable 是否能被其他碰撞体检测到
Area2D 这两个属性一直是新手容易忽略的，弄清楚了这两个属性的概念，你就可以关闭敌人或者金币（使用 Area2D 节点）的 monitoring 属性，关闭后它们不会主动检测与其他碰撞节点的碰撞，同时，在我们的 Demo 中玩家还是可以检测到他们。另一方面，如果要让某个金币不被玩家检测到，就像海底捞月，看得见摸不着的效果，那么可以设置其 monitorable 为关闭即可！嗯，还是用实际 Demo 来体会一下效果吧：
OK ，明白了图层和掩码对游戏的开发帮助非常大，你完全可以自己写一个 Demo 尝试一下，或者下载我的源码一探究竟吧，偷偷告诉你：这很重要！哈哈！ ?
两个重要的方法
接下来我们的重点是 KinematicBody2D 节点的两个常用方法，因为涉及到物理碰撞的大部分游戏中，玩家都是使用 KinematicBody2D 节点制作的，而它又有两个非常重要的碰撞处理方法，所以我们必须重点“针对”它们！
首先，在正常的游戏场景中，对于 KinematicBody2D 几何学碰撞体节点的移动实现，我们主要有以下三种方式：
position 属性设置，即控制位置，完全手动检测碰撞
move_and_collide() 方法调用，移动并自动检测碰撞
move_and_slide() 方法调用，移动并自动检测碰撞，支持滑动
对于第一种方式，直接操作 position 位置属性，一般在有碰撞体的游戏中很少这么“武断”地使用，即使你的游戏是没有任何碰撞体，你这个时候你也没必要选择 KinematicBody2D 节点，直接使用 Area2D 节点就好。那么，接下来我们主要讨论另外两种方式，包括它们的定义，区别与联系以及应用场合等。
- 相关联系
第一个：很显然，他们必须都在 _physics_process(delta) 方法中调用，因为该方法的内部会对物理引擎进行相关处理，前面我们已经讨论过，最好不要在 _process(delta) 中使用这两个方法，避免出现异常情况，这也是新手容易犯的错误之一。
第二个：这两个方法在某场景中是完全可以互相取代的，只需要对碰撞行为作出对应的处理即可。举个例子，下面两个代码段的效果表现会完全相同：
var collision = move_and_collide(velocity * delta)
if collision:
velocity = velocity.slide(collision.normal)
1
2
3
velocity = move_and_slide(velocity)
1
效果图如下：
- 两者区别
第一个，从上面的代码中我们能很明显地看出来，在使用这两个方法时，需要传递 KinematicBody2D 物体的速度作为参数；而这个速度在 move_and_collide() 方法中需要乘以帧间隔 delta ，但是在 move_and_slide() 方法中并不需要，这是因为此方法在内部已经帮我们自动处理好了，无需手动相乘。
第二个，根据上一条以及前面的代码，我们可以总结出在通用性方面，明显 move_and_collide() 更加通用，可以处理运动过程中任何碰撞情况，但是需要手动编码，处理起来也稍难；而 move_and_slide() 方法则更加特别，这对于新手朋友来说也会感觉相对简单。
第三个，使用方式不同，也就是说这两个方法的签名是完全不一样的：
方法 move_and_collide move_and_slide
返回值类型 KinematicCollision2D ：包含碰撞相关信息 Vector2 ：移动碰撞后的实际速度
参数1 rel_vec ：Vector2 类型，表示实际速度，记住需要乘以 delta linear_velocity ：Vector2 类型，表示速度，不需要乘以 delta
参数2 ✨ infinite_inertia ： 3.1 版本新增参数，默认为 true floor_normal ： Vector2 类型，表示地面法线方向，默认值 (0, 0)
参数3 ✨ exclude_raycast_shapes ： 3.1 版本新增参数，默认为 true slope_stop_min_velocity ：最小速度，斜坡上速度小于该值则停止滑动，默认 5
参数4 ✨ test_only ： 3.1 版本新增参数，默认为 false max_bounces ：停止运动前最大碰撞次数 ，数值过低可能会直接终止运动，默认 4
参数5 - floor_max_angle ：能移动的最大斜坡角度，弧度计，默认值 0.785398 即 45°
参数6 - ✨ infinite_inertia ： 3.1 版本新增参数，默认为 true
说明：上面有一些标注了 ✨ 的参数是 Godot 3.1 版本中新增的参数，暂时没有详细的文档说明，等待正式版以及文档发布后会有详述，另外 3.1 版本新增了一个 move_and_slide_with_snap() 方法，值得关注。
两个方法中，上面列举的一些参数都还是很好理解的，对于一般场合下，方法的默认参数都够用。其中，参数 floor_max_angle 表示最大斜坡角度，低于该角度的斜坡都被认为是“可滑行”的地面，另外参数 floor_normal 表示地面的法线，可以结合 KinematicBody2D 的几个方法： is_on_floor() （在地面上）， is_on_wall() （在墙壁上），以及 is_on_ceiling() （在天花板上）搭配使用。
第四个，通过上表可以看出来，如果我们需要检查玩家碰撞后的反馈信息，我们可以使用 move_and_collide() 方法的返回值即可，如果使用 move_and_slide() 能不能即使获取相关信息呢？当然也可以，稍微繁琐，我们可以使用 KinematicCollision2D get_slide_collision(int slide_idx) 方法以及 int get_slide_count() 正确处理即可，示例代码如下：
func _physics_process(delta):
var velocity = move_and_slide(velocity)
var count = get_slide_count()
for i in range(count):
var collision = get_slide_collision(i)
var collider = collision.collider
print('collider ', i + 1, ': ', collider.name)
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3
4
5
6
7
- 应用实践
这两个方法确实有点绕，别急，先搞清楚他俩的相似点以及不同点，然后我们就可以在不同场合中灵活使用了。 ?
- 最基本的移动
观察下图这个示例，使用 move_and_collide() 方法在没有遇到障碍物时一切正常，但是遇到墙壁后，如果玩家的速度方向与墙壁表面相交，就会出现卡住的奇怪现象。究其原因，这是因为我们虽然使用了碰撞移动方法，但是遇到碰撞后的反馈并没有手动处理，所以 move_and_collide() 这个方法在玩家遇到碰撞时只能停下而表现出“卡注”的现象。
解决这个问题的方法很简单，把方法替换为 move_and_slide() 即可。该方法不仅能正确处理碰撞反馈，还能告诉你在发生碰撞后物体的实际运行速度，即方法的返回值，在本 Demo 中你可以通过打开 use real velocity 这个开关查看碰撞后物体运动的实时速度。
那么，是不是所有的 KinematicBody2D 节点的移动都应该直接使用 move_and_slide() 方法呢？当然不是！一起来看第二个示例。
- 碰撞反弹效果
考虑下这个场景，我们有一个用刚体（不反弹）做成的弹力球，这个球在碰撞到墙壁后能弹回去，但是墙壁是静态物体也没有弹性，这个时候如果使用 move_and_slide() 方法那么弹球遇到墙壁就会停止或者直接沿着墙壁下滑啦，如何处理呢？很显然，我们需要一点代码！
这就是 move_and_collide() 方法的用武之地了，我们可以利用这个方法的返回值进行相关处理，返回值是一个 KinematicCollision2D 类型的碰撞结果，其中包含我们所需要的数据，比如碰撞体的表面方向，即碰撞体的法线方向（垂直方向），把弹力球的速度按法线方向将其反射，那么球就能顺利反弹了！
代码可以参考上文，图效果可以看下：
- 2D 平台游戏
平台游戏应用非常广泛，常见的跳跃类型的游戏很多都是 Platform Game ：左右移动，上下跳跃。平台游戏场景中静态物体元素比较多，一般有地面，墙壁，还有斜坡等，那么玩家在这些平台上如何移动呢？其实核心代码非常简单，这不得不归功于 Godot 提供给我们的 move_and_slide() 方法的了！这种情况在 Unity 中就稍显麻烦了，你还得使用射线（ Raycast ）处理与墙壁、地面等的碰撞检测，而 Godot 中对于小游戏而言，一个方法就能解决所有问题，听起来是不是有点小激动？别急，先看代码：
func _physics_process(delta):
var collision = self.move_and_collide(velocity * delta)
if collision:
velocity = velocity.bounce(collision.normal)
if collision.collider.has_method('hit'):
collision.collider.hit()
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当然， Godot 中也有射线节点，后面会提到，下面是一个普通的 move_and_slide() 方法的应用示例：
三、总结
枯不枯燥？烦不烦所？哈哈，啰嗦了一大堆， Godot 的强大和方便之处领悟到了吗？哈哈，如果还不能马上体会，你可以到我的 Github 仓库下载源码，然后打开每一个场景，使用快捷键 F6 单独运行场景查看效果；如果本文对你来说很简单，那么是不是迫不及待地想写一个平台游戏练练手啦？
Just do it, man!
好了，总结一下本文的相关理论知识吧：
三种 2D 物理节点以及 Area2D 节点的回顾
碰撞层和碰撞掩码理论知识
KinematicBody2D 两个方法详述
简单的应用场景分析
本篇的 Demo 以及相关代码已经上传到 Github ，地址： https://github.com/spkingr/Godot-Demos ， 2018 年最后一篇文章，原创不易，希望大家喜欢，我们 2019 年见！ ?
