冰冰教你用“四叉树”手写“碰撞检测”，太感动了！

张晓衡

发布于 2020-07-09 16:21:33

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发布于 2020-07-09 16:21:33

文章被收录于专栏：Creator星球游戏开发社区Creator星球游戏开发社区

四叉树与引擎内置碰撞检测的结合运用，完整项目见文末。

效果预览

绿色为参加检测的对象(当前四叉树节点)，红色为碰撞对象。

如何使用

引入脚本 QuadtreeCollision.ts ，新建一个 QuadtreeCollision ，并初始化为世界坐标系下的对齐轴向的包围盒（AABB）。

// 这边是挂载在canvas下的脚本，用canvas的rect初始化创建。
this._quadCollision = new QuadtreeCollision(this.node.getBoundingBoxToWorld())

传入待检测的碰撞数组 cc.Collider[] 和测试对象的 cc.Collider。

返回准备测试的 cc.Collider[] 和发生碰撞的 cc.Collider[]。

// check(colliders: cc.Collider[], testCollider: cc.Collider)
const { retrieve, contacts } = this._quadCollision.check(this._all_collider, this.collider_role);
// retrieve 准备测试的对象(预览图中的绿色)   cc.Collider[]
// contacts 碰撞对象(预览图中的红色)   cc.Collider[]

实现原理

四叉树是什么?

白玉无冰是这样理解的，四叉树本身是树结构的一种，如果物体过多的话，先根据物体所处位置划分成四块，如果每个块中的物体数量还是很多的话，继续划分成四块。如下图红线所示。

检测的时候，就是根据待测试对象的位置，去找属于哪个块，再把这个块中的物体告诉你。如下图中的绿色物体。

那么怎么实现四叉树呢？用好 github 就行了(误)，搜了一下，找到一个库，直接拿来改改就行了。

https://github.com/timohausmann/quadtree-js

//export default class QuadtreeCollision {
private _tree;
constructor(rect: { x: number, y: number, width: number, height: number }) {
    this._tree = new Quadtree(rect);
}

那么怎么检测碰撞呢？

先看看引擎(v2.3.3)的 CollisionManager 是怎么处理的。

在 cc.Collider 这个组件 onEnable 时，会把这个组件加入 CollisionManager 中。

CollisionManager 添加 Collider 时，会遍历所有的 Collider ，根据分组创建一个碰撞连接。

所以，我们碰撞检测的思路，就在源码中搬过来改改。

将上面的代码整理出我们要用的检测代码如下。

function testContact(collider1, collider2) {
    // 分组不通过
    if (!cc.director.getCollisionManager()['shouldCollide'](collider1, collider2)) {
        return false;
    }

    let world1 = collider1.world;
    let world2 = collider2.world;
    if (!world1.aabb.intersects(world2.aabb)) {
        return false;
    }

    let isCollider1Polygon = (collider1 instanceof cc.BoxCollider) || (collider1 instanceof cc.PolygonCollider);
    let isCollider2Polygon = (collider2 instanceof cc.BoxCollider) || (collider2 instanceof cc.PolygonCollider);
    let isCollider1Circle = collider1 instanceof cc.CircleCollider;
    let isCollider2Circle = collider2 instanceof cc.CircleCollider;

    if (isCollider1Polygon && isCollider2Polygon) {
        return cc.Intersection.polygonPolygon(world1.points, world2.points);
    } else if (isCollider1Circle && isCollider2Circle) {
        return cc.Intersection.circleCircle(world1, world2);
    } else if (isCollider1Polygon && isCollider2Circle) {
        return cc.Intersection.polygonCircle(world1.points, world2);
    } else if (isCollider1Circle && isCollider2Polygon) {
        return cc.Intersection.polygonCircle(world2.points, world1);
    } else {
        // cc.errorID(6601, cc.js.getClassName(collider1), cc.js.getClassName(collider2));
    }
    return false;
}

最后再结合四叉树碰撞，检测代码如下。

check(colliders: cc.Collider[], testCollider: cc.Collider) {
    const ret: { retrieve: cc.Collider[], contacts: cc.Collider[] } = { retrieve: [], contacts: [] };

    // 四叉树清理
    this._tree.clear();
    const collisionManager = cc.director.getCollisionManager();
    collisionManager['updateCollider'](testCollider);
    for (let i = 0, l = colliders.length; i < l; i++) {
        const collider = colliders[i];
        // 更新碰撞体世界aabb
        collisionManager['updateCollider'](collider);
        const aabb = collider['world'].aabb;
        const rect = { x: aabb.x, y: aabb.y, height: aabb.height, width: aabb.width, collider: collider };
        // 四叉树插入
        this._tree.insert(rect)
    }
    // 四叉树抓出待检查的对象(属于那个块的所有节点)
    const retrieveObjects = this._tree.retrieve(testCollider['world'].aabb);
    retrieveObjects.forEach(element => {
        ret.retrieve.push(element.collider);
        // 抓出来后检查碰撞
        if (testContact(element.collider, testCollider)) {
            ret.contacts.push(element.collider);
        }
    });

    return ret;
}

小结