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苏打世界的流体灌装是如何实现的 – Liquidfun在Cocos2d-x-Lua中的应用

题外话

新作「苏打世界」已经上架AppStore，并在首页被大屏推荐。上架伊始便颇受玩家喜爱，目前已经收获大量玩家的五星好评，欢迎大家前去下载试玩。

本文将介绍游戏内的灌装系统是如何实现，最后将附上参考资料以供读者们阅读和研究。不会有具体代码，只讲思路和方法。

缘起

在「苏打世界」里，一个很重要的日常任务便是生产苏打。由于产品汪提姆绿需要尽可能的去模拟真实的苏打灌装，比如苏打灌满后溢出和未灌满时水面的波澜起伏等，这也导致用动画来模拟实现是不可能的。

所以便只能去寻找一个支持流体功能的2D物理引擎，并将其移植到我们开发采用的Cocos2d-x + Lua的游戏框架中。

LiquidFun

当接到这个需求后，我便联想到了Google的 LiquidFun 。

由于LiquidFun支持JavaScript，这也非常方便我们快速验证原型，即LiquidFun到底是否合适我们的游戏。

对LiquidFun的testbed修修改改后，我快速的建立一个灌汽水的网页版原型。同事们看完觉得还可以，便开始了将LiquidFun移植到游戏的工作。

怎么接入？

LiquidFun依赖于2D物理引擎Box2d，可以认为其是Box2d的加强版，比原先的Box2d增加了流体粒子功能。

我们游戏采用的是Cocos2d-x+Lua的框架，所以问题变成了：如何整合LiquidFun到Cocos2d-x中，并绑定其常用API到Lua中，使游戏逻辑可以操控汽水的灌装，隐藏，销毁和回收。

将这个复杂的任务分解后，大致如下：

移植LiquidFun库到Cocos2d-x中，覆盖其原先的Box2d库
在C++层跑通，使LiquidFun的流体粒子能在Cocos2d-x正常工作
对LiquidFun做tolua绑定，使Lua中使用LiquidFun成为可能
在Lua书写灌装的逻辑，实现一个灌装的DEMO

如何移植到Cocos2d-x

关于LiquidFun的移植工作，已经有先驱帮我们趟坑了。Cocos2d的作者Retro在其博客中详细阐述了：如何将LiquidFun移植到Cocos2d-x ，以及如何利用metaballs技术来渲染粒子使其看起来更像流体。

读者不妨先去阅读以上的两篇文章，花点时间，搞懂每一步的目的和原因。

简而言之，Retro在Part1所做的工作是将LiquidFun的每个流体粒子在物理世界的坐标转换到Cocos2d-x的绘制坐标中，然后用 GL_POINTS 命令将粒子绘制成一个个的小点显示到屏幕上。

在Part1内，我们已经完成了LiquidFun对Cocos2d-x的C++层的移植工作。但是仅仅显示一个个白色的小点是不够的，因为这样看起来不像流体而比较像沙子。

接下来在Part2中，Retro引入了一张中间圆形实心，四周趋于透明的纹理代表一个粒子，利用一个透明度阀，将此透明度（例如0.01）以下的全部显示为全透明，而之上都显示为一个纯色。然后用一个RenderTexture去实现整个Shader的绘制，最后将其显示在屏幕上。当两个粒子很临近时，可以看出一个不规则的融合形状，这个技术就是最基础的 metaballs 。

C++绑定到Lua

由于Cocos2d-x没有对Box2d进行tolua绑定，所有绑定的工作需要从零开始一遍。

原先本想采用Cocos 3.x引入的ini格式的配置进行绑定，后来发现不太现实，因为有太多的结构体需要进行绑定到Lua。

所以只好回归Cocos 2.x时代的pkg绑定。关于如何进行pkg绑定的方法，不是本文关心的内容。因为基本都是把C++头文件按照指定的规则转译为pkg文件的体力活。

我曾经在2.x时代因为极度痛恨这种手工方式而写了一个 Lua脚本来进行自动转译，这个脚本现放于 Github 中，年久失修，可能有坑需要手填，慎用！

这基本是个体力活，为了大家移植方便，不再趟坑，我已经将转译好的pkg文件和tolua后的C++文件上传到 Github的仓库中，大家可按照MIT协议进行下载使用。

Lua逻辑实现

构建好仓库和瓶子的物理形状
填充好粒子系统到仓库中
用按钮来控制仓库出口开关的位移
生产按钮按下时，仓库出口开关移走，粒子以重力掉落到瓶子中
生产按钮恢复时，仓库出口开关回原位，粒子将被其阻隔而不能下落
当粒子掉到屏幕外时，销毁该粒子，并在仓库内 重新创建 一个新粒子

一张图让你明白，其实我们后面是真的在灌汽水！

苏打世界的流体灌装是如何实现的 – Liquidfun在Cocos2d-x-Lua中的应用

性能优化

GPU

尽可能只使用一个 RenderTexture来渲染所有粒子，以避免重复绘制的浪费
如果可能，限制用于渲染流体粒子RenderTexture的大小， 避免全屏绘制 ，以降低绘制面积
精简shader，移除没必要的变量和多余的 if...else... 分支判断
shader使用 低精度 浮点数即可： precision lowp float;

CPU

将耗时操作放在C++层执行，以避免每次循环内调用tolua的开销。比如从C++层直接获取一个在屏幕外的粒子列表，而不是在Lua层对所有粒子循环判断其位置。因为每次粒子位置的获取都需要消耗tolua时间，粒子数一多，就容易积少成多拉低性能了。
粒子对玩家不可见时，将粒子系统的更新暂停，直到下次被使用时 再恢复 ，可以极大缓解设备发热和耗电量
降低 Box2d世界更新的步进值，以达到性能和效果的平衡
在保证效果的情况下尽可能减少同屏共存的粒子数
自己管理 粒子的生命周期，以避免在每次粒子的步进更新中检测是否销毁
使用 release 版，掩面逃)