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。
