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C语言如何实现碰撞判定

创作时间:

作者:

@小白创作中心

C语言如何实现碰撞判定

引用

来源

https://docs.pingcode.com/baike/1249773

碰撞判定是游戏开发和图形编程中的一个重要技术，用于检测两个或多个物体是否发生碰撞。在C语言中，可以通过多种方法实现碰撞判定，包括边界盒、几何学方法和像素检测等。本文将详细介绍这些方法的实现原理和应用场景。

利用边界盒

边界盒（Bounding Box）是一种简单且有效的碰撞检测方法。每个物体都被一个长方形的边界框包围，通过比较这些长方形是否重叠来判断物体是否发生碰撞。这种方法计算量小，适用于大多数游戏和图形应用。

1. 定义结构体表示边界盒

首先，我们需要定义一个结构体来表示边界盒。通常，边界盒可以用左上角的坐标和宽高来表示。

typedef struct {
    float x; // 左上角的x坐标
    float y; // 左上角的y坐标
    float width; // 边界盒的宽度
    float height; // 边界盒的高度
} BoundingBox;

2. 实现碰撞检测函数

接下来，我们需要实现一个函数来检测两个边界盒是否发生碰撞。这个函数需要检查两个边界盒是否在水平和垂直方向上重叠。

int checkCollision(BoundingBox a, BoundingBox b) {
    if (a.x < b.x + b.width &&
        a.x + a.width > b.x &&
        a.y < b.y + b.height &&
        a.y + a.height > b.y) {
        return 1; // 碰撞发生
    }
    return 0; // 没有碰撞
}

这个函数的逻辑是：如果边界盒A的右边缘在边界盒B的左边缘右侧，并且边界盒A的左边缘在边界盒B的右边缘左侧，同时边界盒A的底边在边界盒B的顶边下方，并且边界盒A的顶边在边界盒B的底边上方，那么两个边界盒就发生了碰撞。

3. 测试碰撞检测

为了验证我们的碰撞检测函数是否正确，我们可以编写一个简单的测试程序。

#include <stdio.h>

int main() {
    BoundingBox box1 = {0, 0, 50, 50};
    BoundingBox box2 = {25, 25, 50, 50};
    if (checkCollision(box1, box2)) {
        printf("碰撞发生\n");
    } else {
        printf("没有碰撞\n");
    }
    return 0;
}

运行这个程序，我们应该会看到输出“碰撞发生”，因为两个边界盒确实重叠了。

利用几何学方法

利用几何学方法进行碰撞检测可以更精确地处理复杂形状的碰撞。以下是一些常用的几何学方法。

1. 圆形碰撞检测

圆形碰撞检测是利用两圆心之间的距离与两圆半径之和的关系来判断是否碰撞。具体公式为：如果两圆心之间的距离小于等于两圆半径之和，则两圆发生碰撞。

#include <math.h>

typedef struct {
    float x; // 圆心的x坐标
    float y; // 圆心的y坐标
    float radius; // 圆的半径
} Circle;

int checkCircleCollision(Circle a, Circle b) {
    float dx = a.x - b.x;
    float dy = a.y - b.y;
    float distance = sqrt(dx * dx + dy * dy);
    if (distance <= a.radius + b.radius) {
        return 1; // 碰撞发生
    }
    return 0; // 没有碰撞
}

2. 多边形碰撞检测

多边形碰撞检测相对复杂，常用的算法有分离轴定理（Separating Axis Theorem, SAT）。该算法的基本思想是，如果两个凸多边形在某一轴上不重叠，那么它们就不发生碰撞。

#include <limits.h>

typedef struct {
    float x;
    float y;
} Point;

typedef struct {
    Point* vertices;
    int vertexCount;
} Polygon;

int checkPolygonCollision(Polygon a, Polygon b) {
    for (int i = 0; i < a.vertexCount; i++) {
        Point p1 = a.vertices[i];
        Point p2 = a.vertices[(i + 1) % a.vertexCount];
        Point edge = { p2.x - p1.x, p2.y - p1.y };
        Point axis = { -edge.y, edge.x };
        float minA = FLT_MAX, maxA = -FLT_MAX;
        for (int j = 0; j < a.vertexCount; j++) {
            float dot = a.vertices[j].x * axis.x + a.vertices[j].y * axis.y;
            if (dot < minA) minA = dot;
            if (dot > maxA) maxA = dot;
        }
        float minB = FLT_MAX, maxB = -FLT_MAX;
        for (int j = 0; j < b.vertexCount; j++) {
            float dot = b.vertices[j].x * axis.x + b.vertices[j].y * axis.y;
            if (dot < minB) minB = dot;
            if (dot > maxB) maxB = dot;
        }
        if (maxA < minB || maxB < minA) {
            return 0; // 没有碰撞
        }
    }
    return 1; // 碰撞发生
}

利用像素检测

像素检测是一种精度最高的碰撞检测方法，适用于需要精确碰撞检测的场景，例如2D游戏中的精细碰撞处理。

1. 获取像素数据

首先，我们需要获取物体的像素数据。假设我们有两个图像A和B，分别存储了它们的像素数据。

typedef struct {
    int width;
    int height;
    unsigned char* data;
} Image;

2. 实现像素碰撞检测

接下来，我们需要实现一个函数来检测两个图像在特定位置是否发生像素碰撞。

int checkPixelCollision(Image* a, int ax, int ay, Image* b, int bx, int by) {
    int xStart = fmax(ax, bx);
    int xEnd = fmin(ax + a->width, bx + b->width);
    int yStart = fmax(ay, by);
    int yEnd = fmin(ay + a->height, by + b->height);
    for (int y = yStart; y < yEnd; y++) {
        for (int x = xStart; x < xEnd; x++) {
            int aIndex = (x - ax) + (y - ay) * a->width;
            int bIndex = (x - bx) + (y - by) * b->width;
            if (a->data[aIndex] && b->data[bIndex]) {
                return 1; // 碰撞发生
            }
        }
    }
    return 0; // 没有碰撞
}

这个函数的逻辑是：在两个图像重叠的区域内逐像素比较，如果发现两个图像在同一位置的像素都是非透明的（假设非零值表示非透明），则认为发生了碰撞。