iOS开发——高级篇——UIDynamic 物理引擎

一、UIDynamic

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1、简介
什么是UIDynamic
UIDynamic是从iOS 7开始引入的一种新技术，隶属于UIKit框架
可以认为是一种物理引擎，能模拟和仿真现实生活中的物理现象
重力、弹性碰撞等现象

物理引擎的价值
广泛用于游戏开发，经典成功案例是“愤怒的小鸟”
让开发人员可以在远离物理学公式的情况下，实现炫酷的物理仿真效果
提高了游戏开发效率，产生更多优秀好玩的物理仿真游戏

知名的2D物理引擎
Box2d
Chipmunk

2、使用步骤
要想使用UIDynamic来实现物理仿真效果，大致的步骤如下
创建一个物理仿真器（顺便设置仿真范围）

创建相应的物理仿真行为（顺便添加物理仿真元素）

将物理仿真行为添加到物理仿真器中  开始仿真

二、三大概念

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物理仿真元素（Dynamic Item）
谁要进行物理仿真？

物理仿真行为（Dynamic Behavior）
执行怎样的物理仿真效果？怎样的动画效果？

物理仿真器（Dynamic Animator）
让物理仿真元素执行具体的物理仿真行为

1、物理仿真元素
注意
不是任何对象都能做物理仿真元素
不是任何对象都能进行物理仿真

哪些对象才能做物理仿真元素
任何遵守了UIDynamicItem协议的对象
UIView默认已经遵守了UIDynamicItem协议，因此任何UI控件都能做物理仿真
UICollectionViewLayoutAttributes类默认也遵守UIDynamicItem协议

2、物理仿真行为
UIDynamic提供了以下几种物理仿真行为

UIGravityBehavior：重力行为
UICollisionBehavior：碰撞行为
UISnapBehavior：捕捉行为
UIPushBehavior：推动行为
UIAttachmentBehavior：附着行为
UIDynamicItemBehavior：动力元素行为

物理仿真行为须知
上述所有物理仿真行为都继承自UIDynamicBehavior
所有的UIDynamicBehavior都可以独立进行
组合使用多种行为时，可以实现一些比较复杂的效果

3、物理仿真器

物理仿真器须知
它可以让物理仿真元素执行物理仿真行为
它是UIDynamicAnimator类型的对象

1）UIDynamicAnimator的初始化
- (instancetype)initWithReferenceView:(UIView *)view;
view参数：是一个参照视图，表示物理仿真的范围

2）UIDynamicAnimator的常见方法
- (void)addBehavior:(UIDynamicBehavior *)behavior;
添加1个物理仿真行为

- (void)removeBehavior:(UIDynamicBehavior *)behavior;
移除1个物理仿真行为

- (void)removeAllBehaviors;
移除之前添加过的所有物理仿真行为

3）UIDynamicAnimator的常见属性
@property (nonatomic, readonly) UIView* referenceView;
参照视图

@property (nonatomic, readonly, copy) NSArray* behaviors;
添加到物理仿真器中的所有物理仿真行为

@property (nonatomic, readonly, getter = isRunning) BOOL running;
是否正在进行物理仿真

@property (nonatomic, assign) id <UIDynamicAnimatorDelegate> delegate;
代理对象（能监听物理仿真器的仿真过程，比如开始和结束）

三、重力行为（UIGravityBehavior）

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1、简介
给定重力方向、加速度，让物体朝着重力方向掉落

UIGravityBehavior的初始化
- (instancetype)initWithItems:(NSArray *)items;
item参数 ：里面存放着物理仿真元素

UIGravityBehavior常见方法
- (void)addItem:(id <UIDynamicItem>)item;
添加1个物理仿真元素

- (void)removeItem:(id <UIDynamicItem>)item;
移除1个物理仿真元素

2、UIGravityBehavior常见属性
@property (nonatomic, readonly, copy) NSArray* items;
添加到重力行为中的所有物理仿真元素

@property (readwrite, nonatomic) CGVector gravityDirection;
重力方向（是一个二维向量）

@property (readwrite, nonatomic) CGFloat angle;
重力方向（是一个角度，以x轴正方向为0°，顺时针正数，逆时针负数）

@property (readwrite, nonatomic) CGFloat magnitude;
量级（用来控制加速度，1.0代表加速度是1000 points /second²）

3、实战演练

/** 物理仿真器 */
@property (nonatomic, strong) UIDynamicAnimator *animator;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *blueView;

- (UIDynamicAnimator *)animator
{
    if (!_animator) {
        // 创建物理仿真器(ReferenceView, 参照视图, 其实就是设置仿真范围)
        _animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithReferenceView:self.view];
    }
    return _animator;
}

    // 1.创建物理仿真行为 - 重力行为
    UIGravityBehavior *gravity = [[UIGravityBehavior alloc] init];
    [gravity addItem:self.blueView];
    // 重力方向
    //    gravity.gravityDirection = CGVectorMake(100, 100);
    // 重力加速度()
    gravity.magnitude = 10;
    // 100 point/s²
    // 移动的距离 = 1/2 * magnitude * 时间²
    
    // 2.添加 物理仿真行为 到 物理仿真器 中, 开始物理仿真
    [self.animator addBehavior:gravity];

四、碰撞行为（UICollisionBehavior）

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1、简介
可以让物体之间实现碰撞效果
可以通过添加边界（boundary），让物理碰撞局限在某个空间中

UICollisionBehavior边界相关的方法

- (void)addBoundaryWithIdentifier:(id <NSCopying>)identifier forPath:(UIBezierPath*)bezierPath;

- (void)addBoundaryWithIdentifier:(id <NSCopying>)identifier fromPoint:(CGPoint)p1 toPoint:(CGPoint)p2;

- (UIBezierPath*)boundaryWithIdentifier:(id <NSCopying>)identifier;

- (void)removeBoundaryWithIdentifier:(id <NSCopying>)identifier;

@property (nonatomic, readonly, copy) NSArray* boundaryIdentifiers;

- (void)removeAllBoundaries;

2、UICollisionBehavior常见用法
@property (nonatomic, readwrite) BOOL translatesReferenceBoundsIntoBoundary;
是否以参照视图的bounds为边界

- (void)setTranslatesReferenceBoundsIntoBoundaryWithInsets:(UIEdgeInsets)insets;
设置参照视图的bounds为边界，并且设置内边距

@property (nonatomic, readwrite) UICollisionBehaviorMode collisionMode;
碰撞模式（分为3种，元素碰撞、边界碰撞、全体碰撞）

@property (nonatomic, assign, readwrite) id <UICollisionBehaviorDelegate> collisionDelegate;
代理对象（可以监听元素的碰撞过程）

3、碰撞实战演练

@property (weak, nonatomic) IBOutlet UISegmentedControl *segmentControl;
/** 物理仿真器 */
@property (nonatomic, strong) UIDynamicAnimator *animator;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIView *blueView;

- (UIDynamicAnimator *)animator
{
    if (!_animator) {
        // 创建物理仿真器(ReferenceView, 参照视图, 其实就是设置仿真范围)
        _animator = [[UIDynamicAnimator alloc] initWithReferenceView:self.view];
    }
    return _animator;
}

  // 1.创建 碰撞行为
    UICollisionBehavior *collision = [[UICollisionBehavior alloc] init];
    // 让参照视图的bounds变为碰撞检测的边框
    collision.translatesReferenceBoundsIntoBoundary = YES;
    [collision addItem:self.blueView];
    [collision addItem:self.segmentControl];
    
    // 2.创建物理仿真行为 - 重力行为
    UIGravityBehavior *gravity = [[UIGravityBehavior alloc] init];
    gravity.magnitude = 100;
    [gravity addItem:self.blueView];
    
    // 3.添加行为
    [self.animator addBehavior:collision];
    [self.animator addBehavior:gravity];

4、碰撞演练——添加边界

// 1.创建 碰撞行为
    UICollisionBehavior *collision = [[UICollisionBehavior alloc] init];
    [collision addItem:self.blueView];
    //    [collision addItem:self.segmentControl];
    
    // 添加边界
    //    CGFloat startX = 0;
    //    CGFloat startY = self.view.frame.size.height * 0.5;
    //    CGFloat endX = self.view.frame.size.width;
    //    CGFloat endY = self.view.frame.size.height;
    //    [collision addBoundaryWithIdentifier:@"line1" fromPoint:CGPointMake(startX, startY) toPoint:CGPointMake(endX, endY)];
    //    [collision addBoundaryWithIdentifier:@"line2" fromPoint:CGPointMake(endX, 0) toPoint:CGPointMake(endX, endY)];
    
    CGFloat width = self.view.frame.size.width;
    UIBezierPath *path = [UIBezierPath bezierPathWithOvalInRect:CGRectMake(0, 0, width, width)];
    [collision addBoundaryWithIdentifier:@"circle" forPath:path];
    
    // 2.创建物理仿真行为 - 重力行为
    UIGravityBehavior *gravity = [[UIGravityBehavior alloc] init];
    gravity.magnitude = 10;
    [gravity addItem:self.blueView];
    
    // 3.添加行为
    [self.animator addBehavior:collision];
    [self.animator addBehavior:gravity];

斜线边界

圆弧为边界

五、捕捉行为（UISnapBehavior）

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1、简介
可以让物体迅速冲到某个位置（捕捉位置），捕捉到位置之后会带有一定的震动

UISnapBehavior的初始化
- (instancetype)initWithItem:(id <UIDynamicItem>)item snapToPoint:(CGPoint)point;

UISnapBehavior常见属性
@property (nonatomic, assign) CGFloat damping;
用于减幅、减震（取值范围是0.0 ~ 1.0，值越大，震动幅度越小）

UISnapBehavior使用注意
如果要进行连续的捕捉行为，需要先把前面的捕捉行为从物理仿真器中移除

2、捕捉实战演练

// 获得触摸点
    UITouch *touch = [touches anyObject];
    CGPoint point = [touch locationInView:self.view];
    
    // 创建吸附捕捉行为
    UISnapBehavior *snap = [[UISnapBehavior alloc] initWithItem:self.blueView snapToPoint:point];
    // 防抖系数(值越小, 越抖)
    snap.damping = 1.0;
    
    // 移除所有行为
    [self.animator removeAllBehaviors];
    // 添加行为
    [self.animator addBehavior:snap];

其他的仿真行为就不一一演示了