本文探讨了在 matter.js 物理引擎中，如何正确移动由约束连接的多个刚体。当直接对单个受约束刚体使用 `setposition` 时，往往会导致非预期的旋转。教程将详细介绍通过对组内所有刚体应用 `translate` 方法，并结合标签管理，实现平滑、整体的移动，从而避免复杂的操作和保持物理行为的连贯性。
在 Matter.js 等物理引擎中，精确控制由约束（Constraint）连接的多个刚体（Body）的移动是一个常见的需求。然而，直接对组内单个刚体使用 Matter.Body.setPosition() 方法，通常无法达到预期效果，即整个刚体组作为一个整体进行平移。相反，由于物理求解器在尝试满足约束条件时，可能会导致其他连接的刚体发生意料之外的旋转或抖动，而非平滑的整体移动。
理解 setPosition 的局限性
Matter.Body.setPosition() 方法旨在直接设置单个刚体的绝对位置。当一个刚体与其他刚体通过约束连接时，这种直接的位置设置会瞬间改变该刚体的位置，而其连接的刚体则保持原位。此时，Matter.js 的物理求解器会立即介入，试图在下一个模拟步中解决因位置突变而产生的约束冲突。由于求解器通常会优先尝试通过旋转来满足约束条件，而不是整体移动，因此结果往往是连接的刚体围绕约束点进行剧烈旋转，而非跟随被移动的刚体一同平移。这对于需要保持刚体组相对结构不变的场景而言，显然不是理想的行为。
值得注意的是，这种情况与 Matter.js 中的“复合刚体（Compound Body）”有所不同。复合刚体被视为一个单一的实体，对其进行操作会影响其所有组成部分。而此处讨论的是通过约束连接但仍保持独立旋转能力的刚体集合。
解决方案：对整个刚体组进行平移
要实现由约束连接的刚体组的整体平滑移动，核心策略是对该组内的所有刚体应用 Matter.Body.translate() 方法，而不是仅仅对其中一个刚体使用 setPosition()。
Matter.Body.translate() 方法用于将刚体按照指定的向量进行相对位移。当对组内所有刚体施加相同的平移向量时，每个刚体的相对位置关系得以保持，而约束条件也能更容易地在新的位置上得到满足，从而实现整个组的平滑、整体移动。这种方法避免了对物理求解器造成突兀的冲击，使其能够更自然地处理位移。
实现细节与示例代码
为了有效地管理和操作由约束连接的刚体组，建议为这些刚体分配一个唯一的 label 属性。这样，在需要移动时，可以通过 label 轻松筛选出所有相关的刚体，并统一应用平移操作。
以下是一个完整的 Matter.js 示例，演示了如何创建两个通过约束连接的刚体，并利用 label 属性对它们进行整体平移：
<!DOCTYPE html> <html> <head> <title>Matter.js 约束连接刚体组平移</title> <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/matter-js/0.19.0/matter.min.js" integrity="sha512-0z8URjGET6GWnS1xcgiLBZBzoaS8BNlKayfZyQNKz4IRp+s7CKXx0yz7Eco2+TcwoeMBa5KMwmTX7Kus7Fa5Uw==" crossorigin="anonymous" referrerpolicy="no-referrer"></script> <style> body { margin: 0; overflow: hidden; } #container { background-color: #f0f0f0; } </style> </head> <body> <div id='container' style='width: 800px; height: 600px;'></div> <script> // 别名 Matter 模块 const Engine = Matter.Engine; const Render = Matter.Render; const World = Matter.World; const Bodies = Matter.Bodies; const Constraint = Matter.Constraint; const Runner = Matter.Runner; const Body = Matter.Body; const Composite = Matter.Composite; // 用于获取所有刚体 // 1. 创建物理引擎 const engine = Engine.create(); engine.world.gravity.y = 0; // 禁用重力，方便观察平移效果 // 2. 创建渲染器 const render = Render.create({ element: document.querySelector('#container'), engine: engine, options: { width: 800, height: 600, showAngleIndicator: true, // 显示角度指示器，帮助观察旋转 showVelocity: true, // 显示速度 wireframes: false, // 使用实体渲染 background: '#f0f0f0' } }); // 定义刚体组的标签 const groupLabel = "my-constrained-group"; // 3. 创建两个矩形刚体，并为其设置相同的标签 const bodyA = Bodies.rectangle(150, 150, 20, 60, { label: groupLabel, render: { fillStyle: '#FF6347' } }); const bodyB = Bodies.rectangle(180, 130, 60, 20, { label: groupLabel, render: { fillStyle: '#4682B4' } }); // 4. 创建约束连接这两个刚体 const constraintAB = Constraint.create({ bodyA: bodyA, bodyB: bodyB, pointA: { x: 10, y: -20 }, // bodyA 上的连接点 pointB: { x: -30, y: 0 }, // bodyB 上的连接点 length: 0, // 零长度约束，使连接点重合 stiffness: 0.9, // 约束强度 render: { lineWidth: 2, strokeStyle: '#6A5ACD' } }); // 5. 将刚体和约束添加到世界 World.add(engine.world, [bodyA, bodyB, constraintAB]); // 6. 运行引擎和渲染器 Runner.run(Runner.create(), engine); Render.run(render); // 7. 在延迟后执行整体平移操作 setTimeout(() => { console.log("开始平移刚体组..."); // 筛选出所有带有指定标签的刚体 const allBodiesInGroup = Composite.allBodies(engine.world).Filter( (el) => el.label === groupLabel ); // 定义平移向量 const translationVector = { x: 200, y: 100 }; // 向右平移 200，向下平移 100 // 对组内所有刚体应用相同的平移 allBodiesInGroup.forEach((body) => { Body.translate(body, translationVector); }); console.log("刚体组平移完成。"); // 演示使用 setPosition 对单个刚体的效果（可选，用于对比） // setTimeout(() => { // console.log("尝试使用 setPosition 移动单个刚体..."); // Body.setPosition(bodyA, { x: 600, y: 400 }); // console.log("单个刚体 setPosition 完成。"); // }, 3000); }, 2000); // 2秒后执行平移 </script> </body> </html>
在上述示例中，我们首先创建了两个刚体 bodyA 和 bodyB，并为它们都设置了 label: “my-constrained-group”。然后，通过 Matter.Constraint.create() 连接它们。在 setTimeout 回调函数中，我们使用 Composite.allBodies(engine.world) 获取世界中的所有刚体，并通过 filter 方法筛选出属于我们指定组的刚体。最后，对这些筛选出的刚体逐一调用 Matter.Body.translate()，传入相同的平移向量 { x: 200, y: 100 }，从而实现了整个刚体组的平滑整体移动。
注意事项与最佳实践
- 标签管理：为不同的刚体组设置有意义的 label 是至关重要的。这不仅方便了筛选和操作，也提高了代码的可读性和可维护性。
- 平移向量：确保对组内所有刚体应用相同的平移向量，以保持它们之间的相对位置不变。
- 性能考量：如果刚体组包含大量的刚体，在每一帧或频繁地进行大规模平移操作可能会对性能产生一定影响。在大多数情况下，这种操作是高效的，但对于极端情况，应进行性能测试。
- 与复合刚体的区别：再次强调，此方法适用于由约束连接但仍保持独立性的刚体集合。如果您的需求是让多个刚体像一个单一的、不可分割的实体一样运动，那么使用 Matter.Composite.create() 创建复合刚体可能是更直接和高效的选择。复合刚体在内部会处理其组成部分之间的相对位置，对其进行操作会直接影响所有子刚体。
- 避免物理模拟中的突变：尽量避免在物理模拟循环中（例如 Engine.beforeUpdate 或 Engine.afterUpdate 事件中）频繁地对大量刚体进行 setPosition 或大幅度的 translate 操作，这可能会导致物理行为不稳定或抖动。如果必须在模拟过程中移动，小幅度的 translate 通常比 setPosition 更稳定。
总结
在 Matter.js 中，要优雅地移动由约束连接的刚体组，关键在于理解 setPosition 和 translate 方法的区别。通过为刚体组分配唯一的 label，并对组内所有成员统一应用 Matter.Body.translate() 方法，可以实现平滑、整体的移动，同时保持刚体间的相对位置和约束关系。这种方法避免了复杂的约束移除和重新应用过程，使得对复杂物理结构的操控变得更为简洁和高效。