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[Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 3. 응용

Godot 2024. 2. 11. 11:48 |

2023.10.18 - [Godot] - [Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 2. 구현

위 링크를 참고해 만들어진 물에 돌을 떨어뜨려 보자.

Stone(RigidBody2D) - Script(stone.cs)를 추가한다.

Sprite2D - Texture를 추가한다.

CollisionShape2D - Shape을 추가한다.

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using Godot;
 
public partial class stone : RigidBody2D
{
    public override async void _Process(double delta)
    {
        await ToSignal(GetTree().CreateTimer(2.0), SceneTreeTimer.SignalName.Timeout);
        QueueFree();
    }
}

 

생성되고 2초 후 삭제되는 스크립트(stone.cs)를 작성한다.

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using Godot;
 
public partial class Main : Node2D
{
    public PackedScene Scene;
 
    public override void _Ready()
    {
        Scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://stone.tscn");
    }
 
    public override void _Input(InputEvent @event)
    {
        if (@event is InputEventMouseButton button)
            if (button.Pressed && button.ButtonIndex == MouseButton.Left)
            {
                RigidBody2D stone = Scene.Instantiate<RigidBody2D>();
                stone.Position = GetViewport().GetMousePosition();
                AddChild(stone);
            }
    }
}

 

왼쪽 마우스 버튼을 클릭하면 돌을 생성하는 스크립트(Main.cs)를 작성한다.

spring씬에 Area2D와 CollisionShape2D를 추가한다.

CollisionShape2D - RectangleShape2D를 추가한다.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
 
    public CollisionShape2D collision;
 
    public void Initialize(int x_position)
    {
        Position = new Vector2(x_position, 100);
        height = Position.Y;
        target_height = Position.Y;
        velocity = 0;
 
        collision = GetNode<CollisionShape2D>("Area2D/CollisionShape2D");
    }
 
    public void water_update(float spring_constant, float dampening)
    {
        height = Position.Y;
        float x = height - target_height;
        float resist = -dampening * velocity;
        force = -spring_constant * x + resist;
 
        velocity += force;
        Position += new Vector2(0, velocity);
    }
 
    public void set_collision_width(int distance)
    {
        ((RectangleShape2D)collision.Shape).Size = new Vector2(distance,
            collision.Shape.GetRect().Size.Y);
    }
}

 

spring.cs를 위와 같이 수정한다.

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public override void _Ready()
{
    k = 0.015f;
    d = 0.05f;
    spread = 0.0002f;
    passes = 8;
    depth = 1000;
    bottom = (int)GlobalPosition.Y + depth;
    water_polygon = GetNode<Polygon2D>("Polygon2D");
 
    springs = new List<spring>();
    spring_number = 10;
    distance_between_springs = 100;
    scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
    for (int i = 0; i < spring_number; i++)
    {
        Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();
        AddChild(s);
        springs.Add(s as spring);
 
        int x_position = distance_between_springs * i + 100;
        (s as spring).Initialize(x_position);
        (s as spring).set_collision_width(distance_between_springs);
    }
 
    wave_position = new Curve2D();
}

 

WaterBody.cs는 set_collision_width() 호출 코드만 추가하면 된다.

Spring - Area2D - body_entered 시그널을 Spring 스크립트와 연결한다.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
 
    public CollisionShape2D collision;
 
    public int index;
    public float stone_velocity_factor;
    [Signal]
    public delegate void SplashEventHandler(int index, float velocity);
    // index, stone_velocity_factor, Splash 시그널 추가
 
    public void Initialize(int x_position, int id)
    {
        Position = new Vector2(x_position, 100);
        height = Position.Y;
        target_height = Position.Y;
        velocity = 0;
 
        index = id;
        stone_velocity_factor = 0.02f;
        // index, stone_velocity_factor 초기화
 
        collision = GetNode<CollisionShape2D>("Area2D/CollisionShape2D");
    }
 
    public void water_update(float spring_constant, float dampening)
    {
        height = Position.Y;
        float x = height - target_height;
        float resist = -dampening * velocity;
        force = -spring_constant * x + resist;
 
        velocity += force;
        Position += new Vector2(0, velocity);
    }
 
    public void set_collision_width(int distance)
    {
        ((RectangleShape2D)collision.Shape).Size = new Vector2(distance,
            collision.Shape.GetRect().Size.Y);
    }
 
    public void OnArea2dBodyEntered(Node2D body)
    {
        float speed = (body as RigidBody2D).LinearVelocity.Y * stone_velocity_factor;
        // We need to disable the spring's collision so that we don't trigger the body enter
        // signal more than once.
        // Must be deferred as we can't change physics properties on a physics callback.        
        body.SetDeferred(CollisionShape2D.PropertyName.Disabled, true);
        // Signal
        EmitSignal(SignalName.Splash, index, speed);
    }
}

 

spring.cs 를 위와 같이 수정한다.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    public int passes;
    public List<spring> springs;
    public int spring_number;
    public int distance_between_springs;
    public int depth;
    public int target_height;
    public int bottom;
    public PackedScene scene;
    public Polygon2D water_polygon;
    public Curve2D wave_position;
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        depth = 1000;
        bottom = (int)GlobalPosition.Y + depth;
        water_polygon = GetNode<Polygon2D>("Polygon2D");
 
        springs = new List<spring>();
        spring_number = 10;
        distance_between_springs = 100;
        scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
        for (int i = 0; i < spring_number; i++)
        {
            Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();
            AddChild(s);
            springs.Add(s as spring);
 
            int x_position = distance_between_springs * i + 100;
            (s as spring).Initialize(x_position, i);
            // Index 추가
            (s as spring).set_collision_width(distance_between_springs);
            (s as spring).Splash += splash;
            // Signal 추가
        }
 
        wave_position = new Curve2D();
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        //if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
        //    splash(5, 20);
        // 테스트용 splash() 호출 삭제
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        List<float> right_deltas = new List<float>();
 
        for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i - 1].height);
                    springs[i - 1].velocity += left_deltas[i];
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i + 1].height);
                    springs[i + 1].velocity += right_deltas[i];
                }
            }
        }
 
        draw_wave();
        draw_waterbody();
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if (index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
    }
 
    public void draw_waterbody()
    {
        List<Vector2> surface_points = new List<Vector2>();
        Vector2[] baked_points = wave_position.GetBakedPoints();
        for (int i = 0; i < baked_points.Length; i++)
        {
            surface_points.Add(baked_points[i]);
        }
 
        int first_index = 0;
        int last_index = surface_points.Count - 1;
 
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[last_index].X, bottom));
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[first_index].X, bottom));
 
        water_polygon.Polygon = surface_points.ToArray();
    }
 
    public override void _Draw()
    {
        DrawPolyline(wave_position.Tessellate(), Colors.Blue, 5);
    }
 
    public void draw_wave()
    {
        wave_position.ClearPoints();
 
        Vector2 control0 = new Vector2(-50, 0);
        Vector2 control1 = new Vector2(50, 0);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            wave_position.AddPoint(item.Position, control0, control1);
        }
 
        QueueRedraw();
    }
}

 

WaterBody.cs를 위와 같이 수정한다.

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public Node2D collided_with = null;
 
public void OnArea2dBodyEntered(Node2D body)
{
    float speed = (body as RigidBody2D).LinearVelocity.Y * stone_velocity_factor;
 
    // We need to disable the spring's collision so that we don't trigger the body enter
    // signal more than once.
    // Must be deferred as we can't change physics properties on a physics callback.
    //body.SetDeferred(CollisionShape2D.PropertyName.Disabled, true);
    if (body == collided_with)
        return;
    else
        collided_with = body;
 
    // Signal
    EmitSignal(SignalName.Splash, index, speed);
}

 

spring.cs의 OnArea2dBodyEntered()를 위와 같이 바꾸면 SetDeferred()를 사용할 때 보다 훨씬 반응이 빠르고 자연스러운 파동이 만들어진다.

물의 높이는 spring.cs - Initialize() - Position 변수에서 간단히 변경할 수 있다.

Water.zip

10.27MB

전체 프로젝트 파일

※ 참고

Make a Splash With Dynamic 2D Water Effects

저작자표시 비영리 변경금지

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Posted by J-sean

[Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 2. 구현

Godot 2023. 10. 18. 22:01 |

2023.10.14 - [Godot] - [Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 1. 준비

위 링크를 참고해 준비가 끝난 씬에 Polygon2D를 이용해 물 모양을 추가해 보자.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    public int passes;
    public List<spring> springs;
    public int spring_number;
    public int distance_between_springs;
    public int depth;
    public int target_height;
    public int bottom;
    public PackedScene scene;
    public Polygon2D water_polygon;
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        depth = 1000;
        // 물의 깊이
        bottom = (int)GlobalPosition.Y + depth;
        // 물의 바닥 위치
        water_polygon = GetNode<Polygon2D>("Polygon2D");
        // Polygon2D 노드를 가져온다.
 
        springs = new List<spring>();
        spring_number = 10;
        distance_between_springs = 100;
        scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
        for (int i = 0; i < spring_number; i++)
        {            
            Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();            
            AddChild(s);            
            springs.Add(s as spring);
 
            int x_position = distance_between_springs * i + 100;
            (s as spring).Initialize(x_position);
        }
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
            splash(5, 20);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        List<float> right_deltas = new List<float>();
 
        for(int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i-1].height);
                    springs[i-1].velocity += left_deltas[i];
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i+1].height);
                    springs[i+1].velocity += right_deltas[i];
                }
            }
        }
 
        draw_waterbody();
        // 물 그리는 함수 호출.
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if(index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
    }
 
    public void draw_waterbody()
    {
        List<Vector2> surface_points = new List<Vector2>();
        foreach (spring item in springs)
        {
            surface_points.Add(item.Position);
        }
        // 모든 스프링의 위치를 리스트에 추가한다.
 
        int first_index = 0;
        int last_index = surface_points.Count - 1;
 
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[last_index].X, bottom));
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[first_index].X, bottom));
        // 폴리곤을 사각형으로 만들기 위해 리스트 마지막에 사각형 밑변을 구성할 포인트를
        // 두 개 추가한다.
 
        water_polygon.Polygon = surface_points.ToArray();
        // 폴리곤을 구성하는 포인트 배열을 지정한다.
    }
}

 

WaterBody.cs 파일은 위와 같이 수정한다.

게임을 실행하고 엔터키를 누르면 폴리곤이 그려지고 스프링과 함께 물결처럼 운동한다.

좀 더 부드러운 물결을 만들어 보자.

WaterBody 씬에서 Polygon2D - Inspector - Visibility - Show Behind Parent 옵션을 체크한다.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    public int passes;
    public List<spring> springs;
    public int spring_number;
    public int distance_between_springs;
    public int depth;
    public int target_height;
    public int bottom;
    public PackedScene scene;
    public Polygon2D water_polygon;
    public Curve2D wave_position;
    // 부드러운 물결 곡선의 포인트를 저장할 Curve2D 변수
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        depth = 1000;
        bottom = (int)GlobalPosition.Y + depth;
        water_polygon = GetNode<Polygon2D>("Polygon2D");
 
        springs= new List<spring>();
        spring_number = 10;
        distance_between_springs = 100;
        scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
        for (int i = 0; i < spring_number; i++)
        {            
            Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();            
            AddChild(s);            
            springs.Add(s as spring);
 
            int x_position = distance_between_springs * i + 100;
            (s as spring).Initialize(x_position);
        }
 
        wave_position = new Curve2D();
        // 물결 곡선 Curve2D 초기화
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
            splash(5, 20);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        List<float> right_deltas = new List<float>();
 
        for(int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i-1].height);
                    springs[i-1].velocity += left_deltas[i];
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i+1].height);
                    springs[i+1].velocity += right_deltas[i];
                }
            }
        }
 
        draw_waterbody();
        draw_wave();
        // 부드러운 물결 그리기 함수 호출.
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if(index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
    }
 
    public void draw_waterbody()
    {
        List<Vector2> surface_points = new List<Vector2>();
        foreach (spring item in springs)
        {
            surface_points.Add(item.Position);
        }
 
        int first_index = 0;
        int last_index = surface_points.Count - 1;
 
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[last_index].X, bottom));
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[first_index].X, bottom));
        
        water_polygon.Polygon = surface_points.ToArray();
    }
 
    public override void _Draw()
    {
        DrawPolyline(wave_position.Tessellate(), Colors.Blue, 5);
        // 물결 곡선을 그린다.
    }
 
    public void draw_wave()
    {
        wave_position.ClearPoints();
        // 매번 곡선의 포인트를 초기화 한다.
 
        Vector2 control0 = new Vector2(-50, 0);
        Vector2 control1 = new Vector2(50, 0);
        // 수평 컨트롤
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            wave_position.AddPoint(item.Position, control0, control1);
            // 스프링 위치와 컨트롤을 곡선 포인트로 추가한다.
        }
 
        QueueRedraw();
        // _Draw() 호출
    }
}

 

WaterBody.cs 는 위와같이 변경한다.

spring 씬에서 Sprite2D - Inspector - Visibility - Visible 옵션을 해제한다.

폴리곤을 부드럽게 바꿔보자.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    public int passes;
    public List<spring> springs;
    public int spring_number;
    public int distance_between_springs;
    public int depth;
    public int target_height;
    public int bottom;
    public PackedScene scene;
    public Polygon2D water_polygon;
    public Curve2D wave_position;
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        depth = 1000;
        bottom = (int)GlobalPosition.Y + depth;
        water_polygon = GetNode<Polygon2D>("Polygon2D");
 
        springs= new List<spring>();
        spring_number = 10;
        distance_between_springs = 100;
        scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
        for (int i = 0; i < spring_number; i++)
        {            
            Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();            
            AddChild(s);            
            springs.Add(s as spring);
 
            int x_position = distance_between_springs * i + 100;
            (s as spring).Initialize(x_position);
        }
 
        wave_position = new Curve2D();
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
            splash(5, 20);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        List<float> right_deltas = new List<float>();
 
        for(int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i-1].height);
                    springs[i-1].velocity += left_deltas[i];
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i+1].height);
                    springs[i+1].velocity += right_deltas[i];
                }
            }
        }
 
        draw_wave();
        draw_waterbody();
        // draw_wave()가 먼저 호출되어야 한다.
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if(index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
    }
 
    public void draw_waterbody()
    {
        List<Vector2> surface_points = new List<Vector2>();
        //foreach (spring item in springs)
        //{
        //    surface_points.Add(item.Position);
        //}
        Vector2[] baked_points = wave_position.GetBakedPoints();
        for (int i = 0; i < baked_points.Length; i++)
        {
            surface_points.Add(baked_points[i]);
        }
        // wave_position으로 만든 곡선의 포인트를 폴리곤 포인트로 사용하기 위해
        // 위와 같이 수정한다.
 
        int first_index = 0;
        int last_index = surface_points.Count - 1;
 
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[last_index].X, bottom));
        surface_points.Add(new Vector2(surface_points[first_index].X, bottom));
        
        water_polygon.Polygon = surface_points.ToArray();
    }
 
    public override void _Draw()
    {
        DrawPolyline(wave_position.Tessellate(), Colors.Blue, 5);
    }
 
    public void draw_wave()
    {
        wave_position.ClearPoints();
 
        Vector2 control0 = new Vector2(-50, 0);
        Vector2 control1 = new Vector2(50, 0);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            wave_position.AddPoint(item.Position, control0, control1);
        }
 
        QueueRedraw();
    }
}

 

WaterBody.cs를 위와같이 변경한다.

2024.02.11 - [Godot] - [Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 3. 응용

※ 참고

Beziers, curves, and paths

Make a Splash With Dynamic 2D Water Effects

저작자표시 비영리 변경금지

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Posted by J-sean

[Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 1. 준비

Godot 2023. 10. 14. 12:22 |

자연스러운 2D 물결 파동을 만들어 보자.

우선 저항이 없는 완전 탄성 스프링 운동을 시뮬레이션 해 보자.

Node2D, Sprite2D를 이용해 스프링으로 사용할 씬을 구성하고 스크립트를 추가한다.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
    public float k;
    
    public override void _Ready()
    {
        target_height = Position.Y + 200;
        // 목표 위치
        k = 0.0015f;
        // 스프링 탄성 계수. 탄성 계수가 클수록 빠르게
        // 움직인다. 운동 거리와는 상관 없다.
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        water_update(k);        
    }
 
    public void water_update(float spring_constant)
    {
        height = Position.Y;
        float x = height - target_height;
        // 변위. 스프링 운동시 실제 이동 거리는 -x ~ +x 다.
 
        force = -spring_constant * x;
        // 훅의 법칙(Hooke's Law) F = -kx
        // 스프링의 복원력과 변형량 사이에는 비례관계가 성립한다.
        // F = ma, a = -kx/m
        // -k/m = c(상수), 가속도 a는 x에 비례한다.
 
        velocity += force;
        // 속도에 힘을 누적시킨다.
        // 이동거리(s) = 속도(v) X 시간(t)
        // 매 순간의 속도를 모두 더하면 총 이동거리를 알 수 있다.
        // 이 예에서는 아래 Position 값이 매 순간의 총 이동거리다.
 
        Position += new Vector2(0, velocity);
        // 스프링은 목표 높이(Position.Y + 200)를 중심으로 변위 x만큼
        // (-x ~ +x) 왕복 운동한다. 목표 높이가 스프링을 늘리거나
        // 압축하지 않은 평상시 위치다.
        // 예) 초기 위치(Position)의 Y값이 100 이면, 300(100+200)이
        // 평상시 위치고 100(300-200)에서 500(300+200)사이의 왕복
        // 운동을 한다.
    }
}

 

추가한 스크립트에 스프링 운동을 표현할 코드를 작성한다.

스프링을 사용할 씬을 구성한다. Node2D에 위에서 만든 스프링 씬을 추가한다.

비탄성 스프링 운동을 시뮬레이션 해 보자.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
    public float k;
    public float d;
 
    public override void _Ready()
    {
        target_height = Position.Y + 200;
        // 목표 위치
        k = 0.0015f;
        // 스프링 탄성 계수. 탄성 계수가 클수록 빠르게
        // 움직인다. 운동 거리와는 상관 없다.
        d = 0.005f;
        // 저항 계수
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        water_update(k, d);        
    }
 
    public void water_update(float spring_constant, float dampening)
    {
        height = Position.Y;
        float x = height - target_height;
        // 변위. 스프링 운동시 실제 이동 거리는 -x ~ +x 다.
 
        float resist = -dampening * velocity;
        // 속도에 비례하는 저항값을 계산한다.
 
        force = -spring_constant * x + resist;
        // 훅의 법칙(Hooke's Law) F = -kx
        // 스프링의 복원력과 변형량 사이에는 비례관계가 성립한다.
        // F = ma, a = -kx/m
        // -k/m = c(상수), 가속도 a는 x에 비례한다.
        // 그리고 저항을 더해주면 힘이 점점 감소한다.
 
        velocity += force;
        // 속도에 힘을 누적시킨다.
        // 이동거리(s) = 속도(v) X 시간(t)
        // 매 순간의 속도를 모두 더하면 총 이동거리를 알 수 있다.
        // 이 예에서는 아래 Position 값이 매 순간의 총 이동거리다.
 
        Position += new Vector2(0, velocity);
        // 스프링은 목표 높이(Position.Y + 200)를 중심으로 변위 x만큼
        // (-x ~ +x) 왕복 운동한다. 목표 높이가 스프링을 늘리거나
        // 압축하지 않은 평상시 위치다.
        // 예) 초기 위치(Position)의 Y값이 100 이면, 300(100+200)이
        // 평상시 위치고 100(300-200)에서 500(300+200)사이의 왕복
        // 운동을 한다.
    }
}

 

저항이 추가된 코드를 작성한다.

스프링을 여러개 만들고 서로 영향을 주고 받게 해 보자.

스프링 스프라이트를 적당한 크기로 조절하고 스크립트(spring.cs)는 아래와 같이 수정한다.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
 
    public void Initialize()
    {
        height = Position.Y;
        target_height = Position.Y;
        velocity = 0;
    }
 
    public void water_update(float spring_constant, float dampening)
    {
        height = Position.Y;
        // 매번 높이값을 업데이트 한다.
 
        float x = height - target_height;
        float resist = -dampening * velocity;
        force = -spring_constant * x + resist;
        
        velocity += force;
        Position += new Vector2(0, velocity);
    }
}

 

새로운 씬을 만들고 스프링을 추가한다. 스크립트(WaterBody.cs)를 추가하고 아래와 같이 작성한다.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    // 파동이 옆으로 퍼지는 정도
    public int passes;
    // 파동의 영향력
    public List<spring> springs;
    // 파동을 시뮬레이션 할 스프링 리스트
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        springs= new List<spring>();
 
        foreach(spring item in GetChildren())
        {
            springs.Add(item);
            item.Initialize();
        }
        
        //splash(2, 10);
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
            splash(2, 10);
        // 엔터키를 누르면 물결 효과가 진행된다.
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        // 각 스프링의 왼쪽 스프링과의 높이 차이 리스트
        List<float> right_deltas = new List<float>();
        // 각 스프링의 오른쪽 스프링과의 높이 차이 리스트
 
        for(int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
            // 모든 차이를 0으로 초기화.
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i-1].height);
                    springs[i-1].velocity += left_deltas[i];
                    // 높이 차이와 파동 전달 정도(spread)를 곱하여 왼쪽 스프링 속도에 누적시킨다.
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i+1].height);
                    springs[i+1].velocity += right_deltas[i];
                    // 높이 차이와 파동 전달 정도(spread)를 곱하여 오른쪽 스프링 속도에 누적시킨다.
                }
            }
        }        
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if(index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
        // index번 스프링에 속도를 지정하여 물에 돌을 던진 것 같은 효과를 준다.
    }
}

 

실행하고 엔터키를 누르면 가운데 스프링의 움직임이 다른 스프링에 전달된다.

이제 스프링을 스크립트에서 인스턴스화 하고 초기화 되도록 해 보자.

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using Godot;
 
public partial class spring : Node2D
{
    public float velocity;
    public float force;
    public float height;
    public float target_height;
 
    public void Initialize(int x_position)
    {
        Position = new Vector2(x_position, 100);
        // 인수로 받은 x 좌표와 y=100으로 위치를 정한다.
        height = Position.Y;
        target_height = Position.Y;
        velocity = 0;        
    }
 
    public void water_update(float spring_constant, float dampening)
    {
        height = Position.Y;
        float x = height - target_height;
        float resist = -dampening * velocity;
        force = -spring_constant * x + resist;
        
        velocity += force;
        Position += new Vector2(0, velocity);
    }
}

 

spring.cs 는 위와 같이 변경한다.

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using Godot;
using System.Collections.Generic;
 
public partial class WaterBody : Node2D
{
    public float k;
    public float d;
    public float spread;
    public int passes;
    public List<spring> springs;
    public int spring_number;
    public int distance_between_springs;
    public PackedScene scene;
 
    public override void _Ready()
    {
        k = 0.015f;
        d = 0.05f;
        spread = 0.0002f;
        passes = 8;
        springs= new List<spring>();
        spring_number = 10;
        // 스프링 갯수
        distance_between_springs = 100;
        // 스프링 사이 간격
        scene = ResourceLoader.Load<PackedScene>("res://spring.tscn");
        // 스프링 씬을 로드한다.
        for (int i = 0; i < spring_number; i++)
        {            
            Node2D s = scene.Instantiate<Node2D>();            
            AddChild(s);            
            springs.Add(s as spring);
            // 로드한 스프링 씬을 인스턴스화 하고 자식노드 및 리스트에 추가한다.
 
            int x_position = distance_between_springs * i + 100;
            (s as spring).Initialize(x_position);
            // 인스턴스된 스프링에 적당한 위치를 인수로 주고 초기화한다.
        }
    }
 
    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept"))
            splash(5, 20);
 
        foreach (spring item in springs)
        {
            item.water_update(k, d);
        }
 
        List<float> left_deltas = new List<float>();
        List<float> right_deltas = new List<float>();
 
        for(int i = 0; i < springs.Count; i++)
        {
            left_deltas.Add(0.0f);
            right_deltas.Add(0.0f);
        }
 
        for (int p = 0; p < passes; p++)
        {
            for (int i = 0; i < springs.Count; i++)
            {
                if (i > 0)
                {
                    left_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i-1].height);
                    springs[i-1].velocity += left_deltas[i];
                }
                if (i < springs.Count - 1)
                {
                    right_deltas[i] = spread * (springs[i].height - springs[i+1].height);
                    springs[i+1].velocity += right_deltas[i];
                }
            }
        }        
    }
 
    public void splash(int index, float speed)
    {
        if(index >= 0 && index < springs.Count)
        {
            springs[index].velocity += speed;
        }
    }
}

 

WaterBody.cs 는 위와 같이 변경한다.

2023.10.18 - [Godot] - [Godot] 2D Splash Dynamic Wave 자연스러운 물결 파동 2. 구현

※ 참고

Make a Splash With Dynamic 2D Water Effects

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