ConeTwistConstraint

ConeTwistConstraint — это тип ограничения (constraint) в библиотеке Cannon.js, позволяющий моделировать соединение двух тел с возможностью вращения вокруг нескольких осей с ограничениями по углам. Его часто используют для имитации шарниров, суставов, позвоночника или подвесных систем, где одно тело может наклоняться и крутиться относительно другого, но с ограничениями.

В отличие от HingeConstraint, которое ограничивает вращение по одной оси, ConeTwistConstraint обеспечивает более сложное движение: конусное ограничение наклона и торсионное ограничение вращения.

Создание ConeTwistConstraint

Создание ограничения требует указания двух тел, точек крепления и параметров вращения. Основной синтаксис:

const constraint = new CANNON.ConeTwistConstraint(bodyA, bodyB, {
    pivotA: new CANNON.Vec3(x1, y1, z1),
    pivotB: new CANNON.Vec3(x2, y2, z2),
    axisA: new CANNON.Vec3(ax1, ay1, az1),
    axisB: new CANNON.Vec3(ax2, ay2, az2),
    angle: maxConeAngle,
    twistAngle: maxTwistAngle,
    collideConnected: false
});
world.addConstraint(constraint);

Пояснения параметров:

bodyA, bodyB — тела, между которыми создаётся соединение.
pivotA, pivotB — точки крепления на каждом теле, задаются в локальных координатах.
axisA, axisB — локальные оси, относительно которых происходит вращение.
angle — максимальный угол наклона (в радианах) конусного ограничения.
twistAngle — максимальный угол вращения вокруг собственной оси (торсионное ограничение).
collideConnected — если true, тела будут сталкиваться друг с другом.

Настройка конусного ограничения

Ключевой аспект ConeTwistConstraint — конусное ограничение. Оно задаёт угол, в пределах которого одно тело может отклоняться от оси другого.

constraint.angle = Math.PI / 4; // 45 градусов

Значение в радианах.
Угол задаёт полный конус движения.
Полезно для моделирования плечевого или коленного сустава.

Особенности:

Если угол слишком мал, движение будет ограничено почти полностью.
При слишком большом угле ограничение становится практически свободным.

Настройка торсионного ограничения

Торсионное ограничение ограничивает вращение вокруг оси соединения:

constraint.twistAngle = Math.PI / 6; // 30 градусов

Это предотвращает слишком свободное вращение тела вокруг соединения.
Полезно для имитации скручивания позвоночника или оси руки.

Работа с локальными осями

Параметры axisA и axisB определяют ориентацию ограничения в локальных системах координат тел.

Пример:

const axis = new CANNON.Vec3(0, 1, 0); // ось Y
constraint.axisA.copy(axis);
constraint.axisB.copy(axis);

Оси должны быть нормализованы (единичной длины).
Ориентация осей определяет направление конуса движения и вращения.
Несовпадение осей может привести к нежелательным эффектам при симуляции.

Функции управления

ConeTwistConstraint предоставляет методы для динамической настройки:

enableMotor() — включает мотор вращения.
setMotorTarget(targetQuaternion) — задаёт желаемое вращение.
disableMotor() — отключает мотор.

Пример использования мотора для контроля положения тела:

constraint.enableMotor();
constraint.setMotorTarget(new CANNON.Quaternion().setFromAxisAngle(new CANNON.Vec3(0,1,0), Math.PI/2));

Мотор может быть полезен для анимации персонажей или робототехнических моделей.

Взаимодействие с миром Cannon.js

После создания ограничения его необходимо добавить в мир физики:

world.addConstraint(constraint);

Constraint автоматически обновляется при симуляции.
Необходимо следить за масштабом тел и силой, чтобы ограничение не «ломалось» при сильных столкновениях.
Для стабильности можно регулировать maxForce:

constraint.maxForce = 1e5;

Практические примеры

1. Шарнир плеча:

const shoulder = new CANNON.ConeTwistConstraint(torso, arm, {
    pivotA: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    pivotB: new CANNON.Vec3(0,-0.5,0),
    axisA: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    axisB: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    angle: Math.PI/4,
    twistAngle: Math.PI/8
});
world.addConstraint(shoulder);

2. Имитация подвесной системы:

const pendulum = new CANNON.ConeTwistConstraint(anchor, bob, {
    pivotA: new CANNON.Vec3(0,0,0),
    pivotB: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    axisA: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    axisB: new CANNON.Vec3(0,1,0),
    angle: Math.PI/6
});
world.addConstraint(pendulum);