Unity实现图形相交检测

2020-04-28 20:01:44王振洲

前言

图形相交检测常常用在伤害判定,使用自定义的图形相交检测,可以在一定程度上控制性能。

比如2D格斗游戏中使用的矩形包围盒(AABB),一些动作游戏中常常出现的扇形攻击。

2D的图形相交检测能够满足大部分的需求,且可以拓展成为柱状的3D物体,2D比3D的计算复杂度会低很多,3D的图形检测原理与2D相似,本文会实现几个圆形与其他2D图形的相交检测:

    1、圆形与圆形

    2、圆形与胶囊体

    3、圆形与扇形

    4、圆形与凸多边形

    5、圆形与AABB

    6、圆形与OBB

通过简单化处理,把被判定物都处理成由圆柱或多个圆柱构成的区域,所以只需要考虑圆形与其他形状的相交。

圆形与圆形

两个圆形的相交检测非常简单直观,只需要判断半径只和与距离的大小。

定义圆形区间:

/// <summary>
/// 圆形区间
/// </summary>
public struct CircleArea
 {
 public Vector2 o;
 public float r;
 }

o ——圆心坐标

r  ——圆半径

相交判断:

/// <summary>
/// 判断圆形与圆形相交
/// </summary>
/// <param name="circleArea"></param>
/// <param name="target"></param>
/// <returns></returns>
public static bool Circle(CircleArea circleArea, CircleArea target)
 {
  return (circleArea.o - target.o).sqrMagnitude < (circleArea.r + target.r) * (circleArea.r + target.r);
 }

分离轴定理

分离轴定理(separating axis theorem, SAT)分离轴定理是指,两个不相交的凸集必然存在一个分离轴,使两个凸集在该轴上的投影是分离的。

判断两个形状是否相交,实际上是判断分离轴是否能把两个形状分离。若存在分离轴能使两个图形分离,则这两个图形是分离的。

基于以上理论,寻找分离轴是我们要做的工作,重新考虑两个圆形的相交检测,实际上我们做的是把圆心连线的方向作为分离轴:

上图中两图形的投影在分离轴上是分离的,存在分离线将两者隔开,于是我们可以断定两图形是分离的。

胶囊体的本质

定义一个线段 u,距离 d。胶囊体实际上是与线段 u 的最短距离小于 d 的点的集合。判断一个点 x 处于胶囊体内部,就是判断点与线段的距离。

求点 x 与线段 u 最短距离的过程是:

1、求出点 x 在线段 u 所在直线上的投影点 P;

2、将投影点 P 限制在线段的范围内(如右图中投影点不在线段内,则限定到线段内);