3、刚体与形状：理解刚体概念，Box、Sphere、Plane等基础碰撞体的创建与配置

好，咱们进入第三章。这一章要聊的是物理引擎里最核心的概念之一——刚体。

刚体这个词，听起来挺唬人的。说白了，就是「不会变形的物体」。你想想看，现实中的石头、铁块、桌子腿，你用力砸它，它不会像橡皮泥一样凹进去。在物理引擎里，我们假设所有物体都是绝对坚硬的，碰撞瞬间不产生形变。当然，现实世界没有绝对的刚体，但游戏和仿真里，这个假设足够用了。

我个人习惯把刚体拆成两个部分来理解：运动属性和碰撞形状。运动属性管它怎么飞、怎么转、受不受重力；碰撞形状管它跟别的物体怎么接触、怎么弹开。两者缺一不可。

3.1 刚体的核心属性

在Three.js里集成物理引擎（比如Ammo.js或Cannon-es），你创建刚体时，有几个参数是必须搞清楚的：

属性	说明	我的经验
mass	质量，单位kg	设为0就是静态物体，动不了
restitution	弹性系数，0~1	0.3左右比较真实，1.0会弹到停不下来
friction	摩擦力，0~1	0.3~0.5适合大多数地面
linearDamping	线性阻尼	模拟空气阻力，0.01就够了
angularDamping	角阻尼	让旋转慢慢停下来

3.2 基础碰撞体：Box、Sphere、Plane

碰撞体，就是物理引擎用来计算碰撞的「简化模型」。你想想看，如果每次碰撞都要拿真实的三角形网格去算，性能会爆炸。所以引擎用简单的几何体来近似。

我最早做项目时犯过一个错：把一个复杂的雕像模型直接扔给物理引擎，结果帧率掉到个位数。后来才明白，用几个Box和Sphere组合成碰撞体，效果差不多，性能却好十倍。

3.2.1 Box（盒子碰撞体）

最常用的碰撞体。适合箱子、墙壁、柱子、车辆等方方正正的物体。

// Cannon-es 示例
const shape = new CANNON.Box(new CANNON.Vec3(1, 1, 1)); // 半边长
const body = new CANNON.Body({ mass: 5 });
body.addShape(shape);
body.position.set(0, 5, 0);
world.addBody(body);

3.2.2 Sphere（球体碰撞体）

球体碰撞计算最简单，性能最好。适合球类、弹珠、圆形装饰物。

const shape = new CANNON.Sphere(1); // 半径
const body = new CANNON.Body({ mass: 2 });
body.addShape(shape);
body.position.set(-2, 3, 0);
world.addBody(body);

球体的好处是：不管怎么旋转，碰撞形状都不变。所以它永远不会「卡住」。我在做保龄球游戏时，所有球瓶都用Sphere做碰撞体，虽然看起来是瓶子形状，但物理表现足够真实。

3.2.3 Plane（平面碰撞体）

无限大的平面。通常用来做地面、墙壁、天花板。

const groundShape = new CANNON.Plane();
const groundBody = new CANNON.Body({ mass: 0 }); // 静态
groundBody.addShape(groundShape);
groundBody.quaternion.setFromAxisAngle(
  new CANNON.Vec3(1, 0, 0), -Math.PI / 2
); // 旋转使其朝上
world.addBody(groundBody);

3.3 碰撞体与视觉模型的同步

刚体在物理世界里运动，但用户看到的是Three.js的Mesh。所以每一帧你都得把刚体的位置和旋转同步给Mesh。

// 在动画循环里
function update() {
  world.step(1 / 60);
  
  // 同步：物理体 -> 视觉体
  mesh.position.copy(body.position);
  mesh.quaternion.copy(body.quaternion);
  
  renderer.render(scene, camera);
  requestAnimationFrame(update);
}

这里有个坑：物理引擎的坐标轴和Three.js的坐标轴可能不一致。Cannon-es和Three.js都是Y轴向上，所以直接复制就行。但如果你用Ammo.js，它默认是Z轴向上，需要做转换。

3.4 选择合适的碰撞体

不是所有物体都适合用Box或Sphere。我列个对照表，方便你快速决策：

视觉形状	推荐碰撞体	原因
立方体、箱子	Box	贴合度高，计算快
球、弹珠	Sphere	性能最优，永不卡住
圆柱、树干	Cylinder	比Box更贴合，比Mesh快
复杂雕像	多个Box/Sphere组合	性能与精度的平衡
地形、地面	Plane 或 Heightfield	Plane无限大，Heightfield有起伏

3.5 避坑指南

做物理集成时，有几个坑我反复踩过，今天一并告诉你：

• 质量与尺寸不匹配：一个边长10米的巨大箱子，质量只有1kg，物理表现会很诡异。现实中大物体质量也大，尽量保持比例合理。
• 碰撞体比视觉模型小：如果碰撞体比Mesh小一圈，物体会「悬空」或者「穿模」。调试时可以把碰撞体可视化，确保两者对齐。
• 忘记设置阻尼：没有阻尼的物体会像在真空中一样，永远弹跳不停。加一点线性阻尼和角阻尼，效果会自然很多。
• 物理步长与渲染帧率不一致：物理引擎用固定步长（比如1/60），但渲染帧率可能波动。用world.step(fixedTimeStep, deltaTime)来处理，避免物理跑得比渲染快。

我曾经做一个堆叠游戏，箱子总是莫名其妙地滑落。查了两天，发现是Box的半边长写成了全边长，碰撞体比视觉模型大了一倍。嗯，这种低级错误，犯过一次就再也不会忘了。

3.6 小结

这一章我们聊了刚体的本质、三种基础碰撞体的创建与配置，以及如何与Three.js视觉模型同步。记住几个关键点：

• 质量0 = 静态物体
• Box用半边长，Sphere用半径
• Plane需要手动旋转法线方向
• 每帧同步物理体到视觉体

下一章我们会深入更复杂的碰撞体——Cylinder、Cone、Compound形状，以及如何用它们搭建更真实的物理世界。到时候见。