SDL编程入门（27）碰撞检测

男娘i 2022-12-31 13:28 115阅读 0赞

# 碰撞检测 #

在游戏中，你经常需要判断两个物体是否相互撞击。对于简单的游戏来说，通常用边界框碰撞检测来完成。

碰撞框是检查两个对象之间碰撞的标准方法。当两个多边形没有分开时，它们就会发生碰撞。

这里我们有两个没有碰撞的盒子。如你所见，它们的x投影在底部，y投影在左边：  
![ad536509df72146f50a0cd31b98df018.png][]

在这里，你可以看到这些盒子沿着y轴相撞，但它们在x轴上是分开的:![d54969616bb53e6926bc9d5f4e60ee18.png][]

这里的盒子在X轴上是相撞的，但在Y轴上是分开的:![e9e15de4139375e249db6dae196ec9f6.png][]

当任何一个轴上没有分离时，就会发生碰撞:![1c0932a07e112ab6e8014d5c00a35db5.png][]

这种形式的碰撞检测，我们试图找到一个物体分离的轴，称为分离轴测试。如果没有分离轴，那么物体就会发生碰撞。

//在屏幕上移动的点
    class Dot
    { 
        public:
            //点的尺寸
            static const int DOT_WIDTH = 20;
            static const int DOT_HEIGHT = 20;
    
            //点的最大轴速
            static const int DOT_VEL = 10;
    
            //Initializes the variables
            Dot();
    
            //Takes key presses and adjusts the dot's velocity
            void handleEvent( SDL_Event& e );
    
            //Moves the dot and checks collision
            void move( SDL_Rect& wall );
    
            //Shows the dot on the screen
            void render();
    
        private:
            //The X and Y offsets of the dot
            int mPosX, mPosY;
    
            //The velocity of the dot
            int mVelX, mVelY;
            
            //点的碰撞框
            SDL_Rect mCollider;
    };

这是[运动教程][Link 1]中带有一些新功能的点。 move函数接受一个矩形，该矩形是墙的碰撞框，而点具有一个名为mCollider的数据成员来表示碰撞框。

//启动SDL并创建窗口
    bool init();
    
    //加载媒体
    bool loadMedia();
    
    //释放媒体并关闭SDL
    void close();
    
    //碰撞框检测器
    bool checkCollision( SDL_Rect a, SDL_Rect b );

我们还声明了一个检查两个框之间碰撞的函数。

Dot::Dot()
    { 
        //Initialize the offsets
        mPosX = 0;
        mPosY = 0;
    
        //设置碰撞框尺寸
        mCollider.w = DOT_WIDTH;
        mCollider.h = DOT_HEIGHT;
    
        //Initialize the velocity
        mVelX = 0;
        mVelY = 0;
    }

在构造函数中，我们应确保设置了碰撞框的尺寸。

void Dot::move( SDL_Rect& wall ){ 
        //向左或向右移动点
        mPosX += mVelX;
        mCollider.x = mPosX;
    
        //如果点相撞或向左或向右走得太远的话
        if( ( mPosX < 0 ) || ( mPosX + DOT_WIDTH > SCREEN_WIDTH ) || checkCollision( mCollider, wall ) )
        { 
            //退回
            mPosX -= mVelX;
            mCollider.x = mPosX;
        }
    
        //向上或向下移动点
        mPosY += mVelY;
        mCollider.y = mPosY;
    
        //如果点相撞或向上或向下走得太远。
        if( ( mPosY < 0 ) || ( mPosY + DOT_HEIGHT > SCREEN_HEIGHT ) || checkCollision( mCollider, wall ) )
        { 
            //退回
            mPosY -= mVelY;
            mCollider.y = mPosY;
        }
    }

这里是新的移动功能，现在检查我们是否撞墙。它的工作原理和以前很像，只是现在如果我们离开屏幕或撞到墙上，它就会让点移动回来。

首先，我们沿着x轴移动点，但我们也必须改变碰撞器的位置。每当我们改变点的位置，碰撞器的位置也要跟着改变。然后我们检查点是否离开了屏幕或撞到了墙上。如果有，我们就沿着x轴把点移动回来。最后，我们再做一次y轴上的运动。

bool checkCollision( SDL_Rect a, SDL_Rect b ){ 
        //矩形的边框
        int leftA, leftB;
        int rightA, rightB;
        int topA, topB;
        int bottomA, bottomB;
    
        //计算矩形A的边长
        leftA = a.x;
        rightA = a.x + a.w;
        topA = a.y;
        bottomA = a.y + a.h;
    
        //计算矩形B的边长
        leftB = b.x;
        rightB = b.x + b.w;
        topB = b.y;
        bottomB = b.y + b.h;
         //If any of the sides from A are outside of B
        if( bottomA <= topB )
        { 
            return false;
        }
    
        if( topA >= bottomB )
        { 
            return false;
        }
    
        if( rightA <= leftB )
        { 
            return false;
        }
    
        if( leftA >= rightB )
        { 
            return false;
        }
    
        //If none of the sides from A are outside B
        return true;
    }

这里是碰撞检测的地方。这段代码计算每个碰撞框的顶部/底部和左/右。

这里也是我们做分离轴测试的地方。首先，我们检查矩形的顶部和底部，看看它们是否沿y轴分开。然后我们检查左/右，看它们是否在x轴上分开。如果有任何分离，那么就没有碰撞，我们返回false。如果我们找不到任何分离，那么就存在碰撞，我们返回true。

注意：SDL确实有一些[内置的碰撞检测功能][Link 2]，但是对于本教程来说，我们将自己动手做。 主要是因为了解它们的工作原理很重要，其次是如果可以自己动手，则可以将碰撞检测与SDL渲染，OpenGL，Direct3D，Mantle，Metal或任何其他渲染API结合使用。

//Main loop flag
                bool quit = false;
    
                //Event handler
                SDL_Event e;
    
                //The dot that will be moving around on the screen
                Dot dot;
    
                //设置墙面
                SDL_Rect wall;
                wall.x = 300;
                wall.y = 40;
                wall.w = 40;
                wall.h = 400;

在进入主循环之前，我们先声明点并定义墙的位置和尺寸。

//While application is running
                while( !quit )
                { 
                    //Handle events on queue
                    while( SDL_PollEvent( &e ) != 0 )
                    { 
                        //User requests quit
                        if( e.type == SDL_QUIT )
                        { 
                            quit = true;
                        }
    
                        //Handle input for the dot
                        dot.handleEvent( e );
                    }
    
                    //移动点并检查碰撞
                    dot.move( wall );
    
                    //Clear screen
                    SDL_SetRenderDrawColor( gRenderer, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF );
                    SDL_RenderClear( gRenderer );
    
                    //Render wall
                    SDL_SetRenderDrawColor( gRenderer, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF );        
                    SDL_RenderDrawRect( gRenderer, &wall );
                    
                    //Render dot
                    dot.render();
    
                    //Update screen
                    SDL_RenderPresent( gRenderer );
                }

这里是我们的主循环，其中包含点处理事件，移动的同时检查与墙的碰撞，最后将墙和点渲染到屏幕上。

接下来的这两节是供以后参考的。如果你正在阅读本教程，你可能是个初学者，而这些东西太高级了。当你需要使用更高级的碰撞检测时，这更适用于将来。

当你刚开始做一些像俄罗斯方块一样简单的东西时，这种碰撞检测是可以的。对于像物理模拟器这样的东西，事情就复杂多了。

对于像刚体（rigid body）模拟器这样的东西，我们让我们的逻辑在每一帧中都这样做。  
1）对场景中的所有物体施加所有的力（重力、风、推进力等）。

2）通过对位置施加加速度和速度来移动物体。

3）检查所有物体的碰撞，并创建一组触点。接触点是一个数据结构，它通常包含碰撞的两个物体的指针，从第一个物体到第二个物体的法向量，以及物体的穿透量。

4）取生成的接触集，解析碰撞。这通常包括再次检查接触点（在一个限度内）并解析它们。

现在如果你勉强学习碰撞检测，这个暂时不在你的考虑范围之内。这需要一整套教程（我目前没有时间做）来解释。不仅如此，它还涉及到矢量数学和物理学，这已经超出了这些教程的范围。以后当你需要有大量碰撞物体的游戏，并且想知道物理引擎的总体结构是如何工作的时候，就记住这一点吧。

另一件事是，我们这里具有的框是AABB或轴对齐的边界框。 这意味着它们的侧面与x和y轴对齐。 如果要旋转框，则仍可以在OBB（定向边界框）上使用分离轴测试。你不是将角投影在x轴和y轴上，而是将每个方框的所有角投影在I轴和J轴上。然后你可以检查这些框是否沿每个轴分开。你可以进一步扩展这一点，对于任何类型的多边形，沿着多边形的每个轴投影每个轴的所有角，看看是否有任何分离形。 所有这些都涉及向量数学，并且如上所述，这超出了本教程的范围。

在 [这里][Link 3]下载本教程的媒体和源代码。

[原文链接][Link 4]

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[Link 1]: https://arcticfox.blog.csdn.net/article/details/111940609
[Link 2]: https://wiki.libsdl.org/CategoryRect
[Link 3]: http://www.lazyfoo.net/tutorials/SDL/27_collision_detection/27_collision_detection.zip
[Link 4]: http://www.lazyfoo.net/tutorials/SDL/27_collision_detection/index.php
[0_1]: /images/20221120/17784ada93fe487889b83b632f76868e.png