《每周一点 canvas 动画》——碰撞检测 (1)

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原文链接: segmentfault.com

每周一点canvas动画代码文件

在前面的几章中我介绍了一些动画效果,这些动画效果都相对基础。但是通过这些基础的动画形式和概念,你可以设计出更复杂的动画。本章将介绍在动画中相对来说比较难的物理概念——碰撞检测,当然,我并不是说这个概念在理解上有多难,而是其实现的过程,以及实现的方式上,比较考验你的脑洞。言归正传,本章主要内容:

  1. 碰撞检测的方法

  2. 几何体碰撞检测方法

  3. 基于距离的碰撞检测

1.碰撞检测的方法

我记得在前面的章节《每周一点canvas动画》——边界检测与摩擦力这一章中我们介绍了边界检测的方法,忘记的可以去看一看。而我们今天要介绍的碰撞检测是物体与物体之间的,也就是说除了物体与边界的碰撞之外,在我们的动画中我们还要实现物体与物体的碰撞。

回顾我们讲过的动画形式,边界检测是物体与边界的碰撞,用户交互其实也可以说是鼠标与物体的碰撞。这两种动画中使用到的碰撞检测技术,与我们物体与物体的碰撞其实是有异曲同工之处。

方法一:判断物体与物体之间是否有重叠,这里使用物体的外接矩形边界来确定
方法二:判断物体与物体之间的距离,当距离小于某个值时,满足碰撞条件,物体产生碰撞效果

这是我们常用的两种方法,至于更高级的,我会在后面做补充说明。

2.几何体碰撞检测方法

查看代码源文件,我们在前面的章节中在Ball.js类上增加了一个方法getBounds。如果忘记了,打开看看,它的返回值是什么。

Ball.prototype.getBounds = function(){
    return {
        x: this.x - this.radius,
        y: this.y - this.radius,
        width: this.radius*2,
        height: this.radius*2
    };
}

现在如果给你两个物体,每个物体上都有getBounds方法.但是,你仍旧不能判断两个物体是否碰上。这里我们需要在utils.js工具函数文件中定义一个新的方法:

utils.intersects = function(rectA, rectB){
    return !(rectA.x + rectA.width < rectB.x ||
             rectB.x + rectB.width < rectA.x ||
             rectA.y + rectA.height < rectB.y ||
             rectB.y + rectB.height < rectA.y);
}

记得我们以前添加过一个方法叫做utils.containsPoint,这个方法我们用于判断鼠标是否点击在了物体上。同样,上面的这个方法,也返回一个布尔值,用于判断两个物体是否有交叠。

我们的方法中传入两个对象rectA和rectB,仔细对比图来理解代码的实现。当碰上的时候返回true,也就是我们的两个物体发生了交叠,我们就可以在我们代码中这样处理:

if(utils.intersects(rectA, rectB)){ //碰撞了
   //dosomething
}

然而,世界上的事情总是这样,简单容易的往往都得不到最好的结果,要想得到最好的结果,那么事情的复杂度就自然而然的会提升许多。看看下面的图片:

所以,上面的方法虽然简单,但是其精确度却远远不够。不过这要看你的选择,如果要求不高,在可以接受的范围内,也可以选择用这种方法来做碰撞检测。

讲了这么多理论的东西,现在我们就来实验一下上面所说的是否有效果?先看效果图

这里我们新建了一个类box.js文件,其实就是矩形文件,跟ball.js文件,没有多大的区别,只是一个是球体,一个是方块。如果用的是方块,那getBound方法就可以省了。在这我就不列出box的代码了,直接看效果代码:

   
       your browser not support canvas!
   
   
    //引入box文件
   

代码的原理很简单,这里的box有两种状态,正在下落的activeBox和已经下落到底部的box。当我们的画布中出现第一个box时,此时的activeBox和box都是它,在drawBox中不会进行碰撞检测。当此第一个落到底部后,就会创建第二个box,此时的activeBox就为第二个box,在它下落的过程中就要与数组boxes中的已有的矩形做碰撞检测,然后以此循环。

3. 基于距离的碰撞检测

这一部分,我们摒弃上节中提到的外接矩形几何体碰撞检测的方法。采用一种新的方法——基于距离的碰撞检测
。基于距离的碰撞检测方法,最好的展示例子就是球体。如何计算两个球体之间的距离相信你已经轻车熟路了

var dx = ballB.x - ballA.x,
    dy = ballB.y - ballA.y,
    dist = Math.aqrt(dx * dx + dy * dy);

现在有了距离,我们就可以通过它来判断两个球体之间是否发生了碰撞。

所以只要两个球体之间的距离小于半径就算发生了碰撞。赶快上代码吧!

这里我们实现了水平方向的两个球体的碰撞效果。代码很简单,这里就不列出了。

3.1 附带弹性效果的碰撞检测

最后,在这里介绍一个多物体附带弹性效果的碰撞检测,弹性动画上一节我们介绍过,这里我们就小运用一下,为下一节多物体的碰撞做铺垫。整个动画的构思是:在画布中间放置了一个静态的球体centerBall,然后又画了10个小球,小球在画布中自由运动,与centerBall发生碰撞效果,不过当发生碰撞之后,小球的运动状态是一个弹性动画的效果。

具体代码如下

window.onload = function(){
           var canvas = document.getElementById('canvas'),
               context = canvas.getContext('2d'),
               centerBall = new Ball(60, "#00d49e"),
               balls = [],
               numBalls = 10,
               spring = 0.03,
               bounce = -1;
           
           centerBall.x = canvas.width/2;
           centerBall.y = canvas.height/2;
           
           for(var i=0; i canvas.width){
                   ball.x = canvas.width - ball.radius;
                   ball.vx *= bounce;
               }
               if(ball.x - ball.radius < 0){
                   ball.x = ball.radius;
                    ball.vx *= bounce;
               }
               if(ball.y + ball.radius > canvas.height){
                   ball.y = canvas.height - ball.radius;
                    ball.vy *= bounce;
               }
               if(ball.y - ball.radius < 0){
                   ball.y = ball.radius;
                    ball.vy *= bounce;
               }
               
           }
           //碰撞检测
           function draw(ball){
               var dx = ball.x - centerBall.x;
               var dy = ball.y - centerBall.y;
               var dist = Math.sqrt(dx*dx+dy*dy);
               var min_dist = centerBall.radius + ball.radius;
               if(dist < min_dist){
                   var angle = Math.atan2(dy, dx);
                   var targetX = centerBall.x + Math.cos(angle)*min_dist,
                       targetY = centerBall.y + Math.sin(angle)*min_dist;
                   ball.vx += (targetX - ball.x)*spring;
                   ball.vy += (targetY - ball.y)*spring;
               }
               ball.draw(context);
           }
           
           (function drawFrame(){
               window.requestAnimationFrame(drawFrame, canvas);
               context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
               
               balls.forEach(move);
               balls.forEach(draw);
               centerBall.draw(context);
               
           }());
       }

虽然代码看起来有点长,但基本上都是我们以前讲过的,唯一新一点的就是在碰撞检测部分,我们在发生碰撞后对球体的速度处理上我们运用了弹性动画的效果,不过这也是在弹性动画那一节讲过的。这里就不做过多解释了,注意动态图中,当小球与centerBall发生碰撞时,他并不是立即返回,而是有一部分进入centerBall,这里是因为弹性动画改变的是加速度,不要认为是错误的。

下一节,我们介绍多物体碰撞检测策略更高级的碰撞检测方法!敬请期待!