3D空间中射线与三角形的交叉检測算法

全栈程序员站长

发布于 2022-01-24 16:49:18

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发布于 2022-01-24 16:49:18

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大家好，又见面了，我是全栈君。

引言

射线Ray，在3D图形学中有非常多重要的应用。比方，pick操作就是使用射线Ray来实现的，还有诸如子弹射线的碰撞检測等等都能够使用射线Ray来完毕。

所以，在本次博客中，将会简单的像大家介绍下。怎样进行Ray-Triangle的交叉检測。

Ray-Triangle交叉检測算法

在Tomas Moller的MT97论文中，提出了一种新的算法。这样的算法可以降低曾经进行Ray-Triangle交叉检測所须要的内存消耗。在曾经。进行Ray-Triangle交叉检測，主要是计算射线与三角形所构成的平面的交点，然后又一次推断交点是否在三角形上。从而来推断是否发生了交叉。

这样的方法非常直观，符合我们一直以来所学的数学知识。可是，这样的检測方法进行的计算较多。并且还须要依据三角形来求它所在的平面。这样又须要进行计算。同一时候也须要另外开辟空间来保存计算出来的平面。

数学之美，就在于可以找到其它的方法来取代这样的显而易见的方式，从而将问题简化到一定的程度。这样的简化的过程。不须要在代码中实现，仅仅须要我们事先依据条件，然后在草稿纸上计算出最后的结论，我们仅仅须要在我们的代码中直接使用终于得到的结论就可以。

在Tomas Moller的论文中，它提到了这种一个概念：

假设一个点在三角形V0。 V1， V2上，那么这个点就能够用例如以下的方式来表示：

T(u, v) = (1 – u – v) * V0 + u * V1 + v * V2 ;

这里u+v <= 1, u >= 0 , v >=0

而对于射线，我们一般使用例如以下的方程来表示它：

R (t)= O + t * D ; (O为射线的起始点，D为射线的方向)

所以，既然他们要有交点。我们就行直接使用例如以下的方法来得出：

O + t * D = (1 – u – v) * V0 + u * V1 + v * V2

然后在进行一系列的变换。终于得到结果。

感兴趣的读者能够自行阅读Tomas Moller的论文，论文中具体的解释了推导过程。这里不再赘述。

Ray-Triangle交叉检測算法实现

下面是Ray-Triangle交叉检測算法的Moller算法实现，基本上就是Tomas Moller论文中代码的拷贝，例如以下所看到的：

<span style="font-family:Microsoft YaHei;">bool Ray::intersectWithTriangle(VECTOR3 v0,VECTOR3 v1, VECTOR3 v2,
			bool bCull, 
			float *t)
{
	VECTOR3 edge1, edge2, tvec, pvec, qvec ;
	float det, inv_det ;
	float u,v ;

	//Find vectors for two edges sharing vert0
	Vec3Sub(edge1, v1, v0);
	Vec3Sub(edge2, v2, v0);

	//Begin calculating determinant - also used to calculate U parameter
	Vec3Cross(pvec, dir, edge2);

	//If the determinant is near zero, ray lies in plane of triangle
	Vec3Dot(det, edge1, pvec);

	//If bCull is true
	if(bCull)
	{
		if(det < 0.00001f)
			return false ;

		//Calculate distance from vert0 to ray origin
		Vec3Sub(tvec, origin, v0);

		//Calculate U parameter and test bounds
		Vec3Dot(u, tvec, pvec);
		if(u < 0.0 || u > det)
			return false ;

		//Prepare to test v parameter
		Vec3Cross(qvec, tvec, edge1);

		//Calculate V parameter and test bounds
		Vec3Dot(v, dir, qvec);
		if(v < 0.0f || u + v > det)
			return false ;

		//Calculate t , scale paramter, ray intersect triangle
		Vec3Dot(*t, edge2, qvec);
		inv_det = 1.0f / det ;
		*t *= inv_det ;
		u *= inv_det ;
		v *= inv_det ;
	}
	else
	{
		if(det > -0.00001f && det < 0.00001)
			return false ;
		inv_det = 1.0f / det ;

		//calculate distance from v0 to ray origin
		Vec3Sub(tvec, origin, v0);

		//Calculate u parameter  and test bounds
		Vec3Dot(u, tvec, pvec);
		u *= inv_det ;
		if(u < 0.0 || u > 1.0)
			return false ;

		//prepare to test v parameter
		Vec3Cross(qvec, tvec, edge1);

		//Calculate v parameter and test bounds
		Vec3Dot(v, dir, qvec);
		v *= inv_det ;
		if(v < 0.0 || u + v > 1.0)
			return false ;

		//calculate t, ray intersect triangle
		Vec3Dot(*t, edge2, qvec);
		*t *= inv_det ;
	}

	return true ;
}// end for intersectWithTriangle</span>