JS游戏碰撞检测技巧与4种常用算法

小伙伴们有没有觉得学习文章很有意思？有意思就对了！今天就给大家带来《JS游戏碰撞检测方法及4种常用算法》，以下内容将会涉及到，若是在学习中对其中部分知识点有疑问，或许看了本文就能帮到你！

碰撞检测算法对游戏的真实感、流畅度和可玩性至关重要。1. 它确保玩家操作反馈准确，避免误判影响体验；2. 常见算法包括AABB（性能高但精度低）、圆形检测（适用于近似圆形物体）、SAT（高精度适用于凸多边形）、像素级检测（精度最高但计算量大）；3. 选择算法需根据游戏类型、物体形状、性能与精度需求综合判断，常采用混合策略提升效率。

游戏碰撞检测，简单来说，就是判断游戏中不同的物体是不是“撞”到了一起。实现方式有很多，选择哪种取决于你的游戏类型、性能需求和精度要求。

游戏开发中，碰撞检测是核心环节。

为什么碰撞检测算法如此重要？

碰撞检测不仅仅是“撞没撞到”那么简单。它直接影响到游戏的真实感、流畅度和可玩性。想象一下，如果你的角色明明躲开了敌人的攻击，游戏却判定你受到了伤害，或者明明应该击中的目标却穿过去了，那游戏体验肯定会大打折扣。选择合适的碰撞检测算法，能让你的游戏世界更加真实、可信，从而提升玩家的沉浸感。

碰撞检测算法一：AABB碰撞检测（Axis-Aligned Bounding Box）

AABB碰撞检测，顾名思义，就是使用轴对齐的包围盒来进行碰撞检测。简单来说，就是用一个矩形（在3D中是长方体）来包裹住游戏中的物体。这种方法的优点是计算简单、速度快，非常适合对性能要求高的游戏。

实现原理：

判断两个AABB是否相交，只需要判断它们在每个轴上的投影是否都相交即可。例如，在2D游戏中，只需要判断两个矩形在X轴和Y轴上的投影是否都相交。

JS代码示例：

function aabbCollision(rect1, rect2) {
  return (
    rect1.x < rect2.x + rect2.width &&
    rect1.x + rect1.width > rect2.x &&
    rect1.y < rect2.y + rect2.height &&
    rect1.y + rect1.height > rect2.y
  );
}

// 使用示例
const rect1 = { x: 10, y: 10, width: 50, height: 50 };
const rect2 = { x: 60, y: 10, width: 50, height: 50 };

if (aabbCollision(rect1, rect2)) {
  console.log("AABB Collision detected!");
}

适用场景：

• 性能要求高的2D游戏，例如横版过关、射击游戏等。
• 作为复杂碰撞检测的第一步，快速排除掉大部分不可能发生碰撞的物体。

局限性：

• 精度较低，对于不规则形状的物体，AABB会包含很多空白区域，导致误判。
• 无法处理旋转后的物体，需要实时更新AABB的坐标，增加了计算量。

碰撞检测算法二：圆形碰撞检测

圆形碰撞检测，顾名思义，就是用圆形来包裹住游戏中的物体。这种方法比AABB更精确一些，但计算量也稍大。

实现原理：

判断两个圆形是否相交，只需要判断它们圆心之间的距离是否小于等于它们的半径之和即可。

JS代码示例：

function circleCollision(circle1, circle2) {
  const dx = circle1.x - circle2.x;
  const dy = circle1.y - circle2.y;
  const distance = Math.sqrt(dx * dx + dy * dy);
  return distance < circle1.radius + circle2.radius;
}

// 使用示例
const circle1 = { x: 10, y: 10, radius: 25 };
const circle2 = { x: 60, y: 10, radius: 25 };

if (circleCollision(circle1, circle2)) {
  console.log("Circle Collision detected!");
}

适用场景：

• 需要一定精度的2D游戏，例如弹幕游戏、台球游戏等。
• 物体形状接近圆形的游戏。

局限性：

• 对于形状差异较大的物体，圆形包围盒的精度仍然不够。
• 无法处理旋转后的物体，需要实时更新圆心的坐标，增加了计算量。

碰撞检测算法三：分离轴定理（SAT，Separating Axis Theorem）

分离轴定理是一种更高级的碰撞检测算法，可以用于检测任意凸多边形之间的碰撞。它基于一个简单的原理：如果两个凸多边形不相交，那么一定存在一条直线，将它们完全分开。

实现原理：

对于两个凸多边形，我们需要找到所有可能的分离轴（通常是多边形的边的法线方向），然后判断这两个多边形在每个分离轴上的投影是否相交。如果存在一个分离轴，使得它们的投影不相交，那么这两个多边形就一定不相交。

JS代码示例：

（由于SAT算法较为复杂，这里只提供一个简化的示例，不包含所有优化和特殊情况处理）

function projectPolygon(polygon, axis) {
  let min = Infinity;
  let max = -Infinity;
  for (const vertex of polygon) {
    const projection = vertex.x * axis.x + vertex.y * axis.y;
    min = Math.min(min, projection);
    max = Math.max(max, projection);
  }
  return { min, max };
}

function isSeparatingAxis(polygon1, polygon2, axis) {
  const projection1 = projectPolygon(polygon1, axis);
  const projection2 = projectPolygon(polygon2, axis);
  return projection1.max < projection2.min || projection2.max < projection1.min;
}

function satCollision(polygon1, polygon2) {
  // 获取所有可能的分离轴（这里简化为只考虑两个多边形的边的法线）
  const axes = [];
  for (let i = 0; i < polygon1.length; i++) {
    const p1 = polygon1[i];
    const p2 = polygon1[(i + 1) % polygon1.length];
    const axis = { x: p2.y - p1.y, y: p1.x - p2.x }; // 法线方向
    axes.push(axis);
  }
  for (let i = 0; i < polygon2.length; i++) {
    const p1 = polygon2[i];
    const p2 = polygon2[(i + 1) % polygon2.length];
    const axis = { x: p2.y - p1.y, y: p1.x - p2.x }; // 法线方向
    axes.push(axis);
  }

  // 判断是否存在分离轴
  for (const axis of axes) {
    if (isSeparatingAxis(polygon1, polygon2, axis)) {
      return false; // 存在分离轴，不相交
    }
  }

  return true; // 不存在分离轴，相交
}

// 使用示例
const polygon1 = [{ x: 10, y: 10 }, { x: 60, y: 10 }, { x: 60, y: 60 }, { x: 10, y: 60 }];
const polygon2 = [{ x: 40, y: 40 }, { x: 90, y: 40 }, { x: 90, y: 90 }, { x: 40, y: 90 }];

if (satCollision(polygon1, polygon2)) {
  console.log("SAT Collision detected!");
}

适用场景：

• 需要高精度碰撞检测的2D游戏。
• 物体形状不规则，且需要处理旋转的情况。

局限性：

• 计算量较大，不适合对性能要求极高的游戏。
• 只能处理凸多边形，对于凹多边形需要进行分解。

碰撞检测算法四：像素级碰撞检测

像素级碰撞检测是最精确的碰撞检测算法，它可以精确到每个像素的级别。但是，它的计算量也是最大的，通常只用于对精度要求极高的特殊情况。

实现原理：

判断两个物体是否相交，需要遍历它们重叠区域的每个像素，判断是否有像素重叠。

JS代码示例：

（像素级碰撞检测通常需要操作图像数据，这里只提供一个伪代码示例）

function pixelCollision(image1, image2, x1, y1, x2, y2) {
  // 获取两个图像的重叠区域
  const overlapXStart = Math.max(x1, x2);
  const overlapYStart = Math.max(y1, y2);
  const overlapXEnd = Math.min(x1 + image1.width, x2 + image2.width);
  const overlapYEnd = Math.min(y1 + image1.height, y2 + image2.height);

  // 遍历重叠区域的每个像素
  for (let x = overlapXStart; x < overlapXEnd; x++) {
    for (let y = overlapYStart; y < overlapYEnd; y++) {
      // 获取两个图像在当前像素位置的颜色值
      const color1 = getImagePixel(image1, x - x1, y - y1);
      const color2 = getImagePixel(image2, x - x2, y - y2);

      // 判断是否有像素重叠（例如，判断alpha值是否都大于0）
      if (color1.alpha > 0 && color2.alpha > 0) {
        return true; // 像素重叠，发生碰撞
      }
    }
  }

  return false; // 没有像素重叠，没有发生碰撞
}

// 使用示例
// 需要先加载图像数据
const image1 = loadImage("image1.png");
const image2 = loadImage("image2.png");

image1.onload = () => {
  image2.onload = () => {
    if (pixelCollision(image1, image2, 10, 10, 40, 40)) {
      console.log("Pixel Collision detected!");
    }
  };
};

适用场景：

• 需要极高精度碰撞检测的特殊情况，例如子弹击中敌人的精确位置。
• 处理不规则形状的物体。

局限性：

• 计算量极大，不适合大量物体的碰撞检测。
• 需要操作图像数据，实现较为复杂。

如何选择合适的碰撞检测算法？

选择合适的碰撞检测算法，需要综合考虑以下因素：

• 游戏类型： 不同类型的游戏对碰撞检测的精度和性能要求不同。
• 物体形状： 规则形状的物体可以使用简单的AABB或圆形碰撞检测，不规则形状的物体可以使用SAT或像素级碰撞检测。
• 性能需求： 对性能要求高的游戏，应该选择计算简单的AABB或圆形碰撞检测。
• 精度要求： 对精度要求高的游戏，应该选择SAT或像素级碰撞检测。

通常，我们会采用一种混合策略，例如先使用AABB进行粗略的碰撞检测，排除掉大部分不可能发生碰撞的物体，然后再使用更精确的算法对剩余的物体进行碰撞检测。

碰撞检测的优化技巧

除了选择合适的碰撞检测算法，还可以使用一些优化技巧来提高碰撞检测的效率：

• 空间划分： 将游戏世界划分为多个区域，只对相邻区域的物体进行碰撞检测。常用的空间划分方法有网格划分、四叉树、八叉树等。
• 碰撞分组： 将游戏中的物体分为不同的组，只对可能发生碰撞的组进行碰撞检测。例如，可以将玩家、敌人、子弹分为不同的组。
• 减少碰撞检测的频率： 不需要每帧都进行碰撞检测，可以降低碰撞检测的频率，例如每隔几帧进行一次碰撞检测。

掌握这些碰撞检测算法和优化技巧，可以帮助你开发出更加真实、流畅、有趣的游戏。

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