基于虛擬現(xiàn)實的碰撞檢測技術(shù)

0拉克氏原螯蝦的環(huán)境模擬技術(shù)在游戲模擬隨著計算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)字媒體技術(shù)的快速發(fā)展，計算機(jī)硬件的成本不斷降低，人們對游戲和虛擬游戲的需求越來越高。而碰撞檢測技術(shù)是游戲和虛擬現(xiàn)實中最核心、最基本的技術(shù)。碰撞檢測技術(shù)在游戲和虛擬現(xiàn)實場景中非常重要,它保證了真實世界的正確虛擬化。例如對于角色的控制欲規(guī)劃,碰撞檢測可以幫助角色避開場景中出現(xiàn)的障礙物。為使用戶在虛擬場景中能夠感受到自己確實在場景中,就需要能夠?qū)崟r地檢測角色與障礙物之間的碰撞檢測,并及時作出響應(yīng)。然而在一個場景中,可能存在許多種不同類型的碰撞,這就要求有不同的碰撞檢測方法來適應(yīng)各種類型的碰撞。目前,在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中出現(xiàn)了很多種碰撞檢測方法,其目的無非有3個:檢測模型之間是否發(fā)生碰撞、預(yù)測即將發(fā)生的碰撞、動態(tài)獲取模型之間的距離。在Unity中主要有3種碰撞檢測方法與上面的3個模型對應(yīng),分別是基本碰撞檢測、觸發(fā)器碰撞檢測和光線投射。1完善的拉拔劑和市場無論是PC端還是移動應(yīng)用端,碰撞檢測技術(shù)始終是程序開發(fā)的難點,甚至可以用碰撞檢測技術(shù)作為衡量引擎是否完善的標(biāo)準(zhǔn)。好的碰撞檢測技術(shù)要求對象在場景中可以平滑移動,同時還要滿足精確性和穩(wěn)定性,防止對象在特殊情況下發(fā)生違背常規(guī)的狀況。例如,人物無緣無故被卡住不能前進(jìn),或者人物穿越了障礙物。目前,比較成功的商業(yè)3D引擎Unity,其功能非常強(qiáng)大,集成了強(qiáng)大的碰撞檢測功能,其中一個顯著特點就是跨平臺游戲開發(fā)。2接觸試驗方法2.1碰撞器組件設(shè)計碰撞的發(fā)生無非是檢測兩個物體對象之間的物理接觸,在Unity中是使用碰撞器組件覆蓋在物體表面,用來負(fù)責(zé)與其它物體之間的碰撞。這種從其它碰撞器檢測和取得碰撞信息的方法稱為碰撞檢測。2.2特定碰撞器與碰撞器的配合在Unity中,可以檢測兩個物體之間的碰撞,也可以檢測特定碰撞器之間的碰撞,甚至可以使用光線投射預(yù)先檢測碰撞。本文以一個角色與3D物體的碰撞為例說明這3種碰撞方法的不同。2.2.1基于平臺的方法在Unity中,要實現(xiàn)碰撞檢測,就必須給每個對象添加相應(yīng)的碰撞器。默認(rèn)情況下,Unity會自動將碰撞器添加到創(chuàng)建的對象中,當(dāng)然也可以自己添加碰撞器。判斷角色是否和其它物體發(fā)生碰撞,可以使用Unity的角色控制碰撞器。Unity專門有一個方法OnControllerColliderHit用來檢測角色控制器和其它物體之間的碰撞,只需要將包含OnControllerColliderHit的腳本綁定到角色控制器即可。其中,hit是一個ControllerColliderHit類型變量,包含著碰撞發(fā)生時所有產(chǎn)生的信息。通過hit變量,可以獲知角色和哪一個物體發(fā)生了碰撞。通過記錄碰撞時所產(chǎn)生的信息,角色可以做出真實的反應(yīng)。雖然系統(tǒng)提供的OnControllerColliderHit方法得以很好地利用,但該方法具有一定的局限性。如玩家要通過一扇門進(jìn)入屋內(nèi),使用上面的碰撞技術(shù)玩家會突然碰到門,然后門才緩緩打開,角色在門打開之前停下移動的腳步,這瞬間的停頓將會影響游戲的可玩性。2.2.2操作的碰撞檢測觸發(fā)器碰撞檢測很好地解決了上面描述的問題,指定一個處于觸發(fā)狀態(tài)的碰撞器,將實際檢測碰撞對象包含進(jìn)該觸發(fā)器中。這樣,角色與對象的碰撞檢測就轉(zhuǎn)換為角色與觸發(fā)器之間的碰撞檢測。只要增大觸發(fā)器的范圍,就能解決玩家和門之間出現(xiàn)的停頓問題。觸發(fā)器碰撞原理如圖1所示。使用觸發(fā)器碰撞,需要使用兩個碰撞器,一個是依附在門上的碰撞器,一個是稍微比門大點并包含門的觸發(fā)器。如上圖所示,只要角色進(jìn)入觸發(fā)器范圍,就能通過腳本代碼提前讓門打開,從而消除角色與門因碰撞產(chǎn)生的停頓感。2.2.3碰撞檢測原理光線投射是3D場景中一個點向一個方向發(fā)射的一條無終點的線。在發(fā)射過程中,一旦與其它對象發(fā)射碰撞,它將停止發(fā)射。在Unity中可以利用光線投射實現(xiàn)碰撞檢測,即在角色所面對的方向投射出一條光線,在設(shè)定的光線長度內(nèi)實現(xiàn)碰撞檢測。這意味著,角色靠近門時,角色不需要和門進(jìn)行接觸就可以實現(xiàn)碰撞檢測。光線投射原理如圖2所示。光線投射為了實現(xiàn)碰撞檢測必須讓光線和碰撞對象相交,也即,角色必須面對門的方向。當(dāng)角色與門的距離小于設(shè)定的光線長度時,就可判斷兩者發(fā)生碰撞。示例代碼如下:其中distance表示光線的距離,只有當(dāng)角色和門小于distance時才會被檢測到碰撞。光線投射的缺點是角色必須面對門的方向,盡管光線投射存在缺點,但它經(jīng)常被用來預(yù)測碰撞檢測。3觸發(fā)器拉充分發(fā)揮了復(fù)雜的碰撞在所分析的示例中,基本碰撞檢測和光線投射方法都存在著缺陷,使用基本碰撞檢測時,只有角色碰撞到門上時門才會打開,造成角色停頓感,影響交互性;使用光線投射時,雖然能讓門提前打開,消除停頓感,但是只有當(dāng)角色正對著門的時候,門才會開啟。使用觸發(fā)器碰撞檢測是最適合的方法,它很好地解決了基本碰撞檢測帶來的停頓感和光線投射帶來的方向限制?；九鲎矙z測雖然簡單易用,但它不適合復(fù)雜的碰撞檢測。碰撞對象之間必須真實發(fā)生碰撞,而且檢測代碼被放入一個腳本中,不利于維護(hù)。基本碰撞檢測適合處理場景中簡單的碰撞檢測,如角色與石頭、河流等的簡單碰撞。光線投射由于受到射線方向的限制,因此常用來檢測高速運動的對象之間的碰撞,如射擊游戲中子彈與人物之間的碰撞。觸發(fā)器碰撞檢測需要增加一個觸發(fā)碰撞器來替換碰撞對象,它適合于有預(yù)設(shè)動作的場景。4大技術(shù)對比隨著用戶對交互實時性和虛擬場景真實性要求的不斷提高,如何在實現(xiàn)功能的前提下