高级碰撞检测技术

主要讨论了两种算法：基于portal和BSP两种碰撞检测,每种碰撞引擎中,多边形的组织各不相同,所以在world-object型的碰撞检测上存在很大的差别。而object-object型的碰撞检测绝大多数地方在上述两种引擎里是一样的。但是实现上还是不一样的。

自从计算机游戏出现以来，程序员就不断地想办法来更精确地模拟现实世界。就拿乒乓游戏为例子（译者：Pong—被誉为电子游戏的祖先，有幸见过一次：），能见到祖先做的游戏感觉真是爽啊，想看的可以到FTP上下载“地球故事”就可以看到了：），游戏中有一个象征性的小方块（球）和两支拍子，游戏者需要在恰当的时间将拍子移动到恰当的地点，将小球反弹回去。这个基本操作的背后（以现在的标准来看）就是最原初的碰撞检测了。今天的游戏比“乒乓”要高级得多，并且基本上是基于3D的。3D游戏中的碰撞检测比“乒乓”游戏里的要更加难实现。玩一些早期模拟飞行游戏的体验向我们展现出糟糕的碰撞检测是如何毁灭一个游戏的。当穿过一座大山的尖顶的时候仍然活着，感觉很不真实。即便是现在的一些游戏也还是有碰撞上的问题，许多玩家曾经失望地看着他们喜爱的英雄或女英雄的部分身体穿进了墙里。甚至更糟的是，许多玩家都有过这样糟糕的体验，就是被那些离得很远的子弹或火箭击中。因为游戏者们要求提升真实性，我们开发者就不得不绞尽脑汁想办法让我们的游戏世界尽可能地接近现实世界。

阅读这篇文章前首先假设你对与碰撞检测相关的几何和数学知识已经有了基本的了解。在文章的最后，我将提供一些这方面的参考资料，以免你对它们感觉有点生疏。另外我还假设你已经读过 Jeff Lander 的图形专栏里关于碰撞检测文章（“Crashing into the New Year,” ; “When Two Hearts Collide,”;和 “Collision Response: Bouncy, Trouncy, Fun,”）。我将首先进行一个大概的描述，然后快速地切入到核心内容里，通过这两步从上至下地深入到碰撞检测中。我将讨论两种类型的图形引擎中的碰撞检测：基于 portal 的和基于 BSP 的。每种引擎中多边形的组织各不相同，因此在 world-object 型的碰撞检测上存在很大的差别。而object-object 型的碰撞检测绝大多数地方在上述两种引擎里的是一样的，主要看你是如何实现的了。当我们接触到多边形的碰撞检测时，我们还会实验如何将其扩展到我们学过的凸型物体上。

预览

为了创建一个理想的碰撞检测程序，我们不得不在开发一个游戏的的图形管道的同时就开始计划并创建它的框架。在项目的最后加入碰撞检测是相当困难的。想在开发周期的末尾创建快速的碰撞检测将很有可能会使整个游戏被毁掉，因为我们不可能使它能高效地运行。在好的游戏引擎中，碰撞检测应该是精确、有效并且十分快速的。这些要求意味着碰撞检测将要与场景的多边形管理管道紧紧地联系起来。这也意味着穷举法将无法工作――今天的3D游戏中每帧处理的数据量很可能导致打格，当你还在检测一个物体的各多边形是否与场景中的其它多边形碰撞时，时间已经过去了。

让我们从基本的游戏引擎循环开始吧（列表1）。快速浏览这些代码来得到碰撞检测的相关策略。我们先假设碰撞没有发生，然后更新物体的位置，如果发现发生了碰撞，我们将把物体移回原来的位置不允许它穿越边界（或将物体销毁或执行一些预防措施）。然而，这个假设太过简单因为我们无法得知物体原来的位置是否仍然有效。你必须为这种情况设计一个方案（否则你可能会体验到坠机或被子弹击中的感觉――就是前面举的例子）。如果你是一个热心的玩家，你可能已经注意到了在一些游戏当中，当你挨着墙壁并试图穿过去的时候，摄像机就开始震动。你正经历的就是将主角移回原位的情况。震动是因为取了较大的时间片引起的。

Listing 1. Extremely Simplified Game Loop

while(1){

process_input();

update_objects();

render_world();

}

update_objects(){

for (each_object)

save_old_position();

calc new_object_position

{based on velocity accel. etc.}

if (collide_with_other_objects())

new_object_position = old_position();

{or if destroyed object remove it etc.}

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