08-刚体约束 Constraint

刚体约束 Constraint

本节目标

学习如何使用 cannon-es 的约束（Constraint）系统，让多个刚体之间具有物理连接，如铰链、点对点连接等。

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基础知识讲解

Cannon.js 中的约束用于在两个刚体之间建立某种规则限制，使它们表现出类似于物理连接（链条、铰链、弹簧等）的行为。

常见约束类型

约束类型	描述
PointToPointConstraint	点对点连接（类似绳子连接两点）
HingeConstraint	铰链连接（门的转动效果）
LockConstraint	锁定两个刚体之间的所有自由度
DistanceConstraint	固定两个点的距离（距离保持不变）

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示例：点对点约束连接两个小球

我们将创建两个小球，并使用 PointToPointConstraint 将它们连接在一起，实现“弹簧绳索”的效果。

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示例代码（Vue3 + cannon-es）

vue复制编辑<!-- App.vue -->
<template>
  <canvas ref="canvasRef"></canvas>
</template>

<script setup>
import { ref, onMounted } from 'vue'
import * as THREE from 'three'
import * as CANNON from 'cannon-es'
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls'

const canvasRef = ref()

onMounted(() => {
  // 创建 Three.js 场景
  const scene = new THREE.Scene()
  const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000)
  camera.position.set(0, 5, 15)

  const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ canvas: canvasRef.value })
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight)

  const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement)
  controls.enableDamping = true

  // 添加光源
  const light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1)
  light.position.set(5, 10, 5)
  scene.add(light)

  // 初始化物理世界
  const world = new CANNON.World()
  world.gravity.set(0, -9.82, 0)

  // 创建地面
  const groundBody = new CANNON.Body({
    mass: 0,
    shape: new CANNON.Plane()
  })
  groundBody.quaternion.setFromEuler(-Math.PI / 2, 0, 0)
  world.addBody(groundBody)

  const ground = new THREE.Mesh(
    new THREE.PlaneGeometry(20, 20),
    new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0x999999, side: THREE.DoubleSide })
  )
  ground.rotation.x = -Math.PI / 2
  scene.add(ground)

  // 创建两个球体
  const sphereGeo = new THREE.SphereGeometry(0.5, 32, 32)
  const sphereMat = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0x00aaff })

  const createSphere = (x, y) => {
    const mesh = new THREE.Mesh(sphereGeo, sphereMat)
    mesh.position.set(x, y, 0)
    scene.add(mesh)

    const body = new CANNON.Body({
      mass: 1,
      shape: new CANNON.Sphere(0.5),
      position: new CANNON.Vec3(x, y, 0)
    })
    world.addBody(body)

    return { mesh, body }
  }

  const ballA = createSphere(-2, 5)
  const ballB = createSphere(2, 5)

  // 添加点对点约束（连接 ballA 和 ballB）
  const constraint = new CANNON.PointToPointConstraint(
    ballA.body, new CANNON.Vec3(0.5, 0, 0),
    ballB.body, new CANNON.Vec3(-0.5, 0, 0)
  )
  world.addConstraint(constraint)

  // 动画循环
  const clock = new THREE.Clock()
  function animate() {
    requestAnimationFrame(animate)

    const delta = clock.getDelta()
    world.step(1 / 60, delta)

    // 同步位置
    [ballA, ballB].forEach(({ mesh, body }) => {
      mesh.position.copy(body.position)
      mesh.quaternion.copy(body.quaternion)
    })

    controls.update()
    renderer.render(scene, camera)
  }

  animate()
})
</script>

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重点解释

代码片段	解释
PointToPointConstraint	将两个球体通过世界坐标系中的特定点连接起来，模拟绳索连接的效果。
new CANNON.Vec3(0.5, 0, 0)	约束在 ballA 的局部空间的连接点
new CANNON.Vec3(-0.5, 0, 0)	约束在 ballB 的局部空间的连接点
world.addConstraint(...)	将该约束注册到物理世界中

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你可以尝试的拓展

• 使用 DistanceConstraint 来实现固定距离效果
• 将其中一个球体 mass: 0 变为固定点
• 尝试加入多个球体，实现链条式连接（类似吊桥）

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总结

• 刚体约束是 Cannon.js 中实现刚体间连接的重要方式
• 本节展示了点对点约束的用法
• 可以用来实现链条、吊桥、布料物理等效果