碰撞检测 : Transformation

    科技2022-08-05  91

    引子

    在 Collision Detection :Triangle 中对三角形的碰撞检测从另外一种思路进行思考,到目前为止介绍的都是静态的检测,接着来看一下动态的碰撞检测。

    以下示例未做兼容性检查,建议在最新的 Chrome 浏览器中查看。

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    Transformation

    这是示例页面。

    基于 canvas 的 translate、 rotate、 scale 三种转换形成的动画,看看如何进行动态的碰撞检测。

    基于 canvas 的动画原理是每隔一段时间进行重绘,所以在检测的时候,实际上是在特定的时刻,进行静态的碰撞检测,所以之前介绍的方法同样适用,这里统一使用 Polygon/Polygon 中的方法。 检测方法有了,接着就是获取在屏幕中相关点动态变化的坐标。下面分情况进行说明。

    translate

    在 canvas 上进行绘制时,都是基于坐标系进行定位,画布左上角为坐标系原点,水平向右为 X 轴正方向,垂直向下为 Y 轴正方向。绘制一个矩形 rect(20, 20, 40, 40) ,在坐标系上是这样的:

    如果想要水平向右移动 60 像素,垂直向下移动 80 像素,可以直接进行坐标相加:rect(20 + 60, 20 + 80, 40, 40) 。

    但还有另外一种更有趣的方式:移动整个坐标轴。如果把整个坐标轴水平向右移动 60 像素,垂直向下移动 80 像素,在视觉上是完全一样的。 translate 方法就是使用这种方式。

    从上图可以发现,这种方式不用考虑矩形的坐标变化,在处理比较复杂的图形时,会方便很多。

    需要注意的是,在进行了 translate 后,需要重置坐标轴,因为可能还有其它图形存在,而且还是以原来的坐标轴作为参考。重置坐标轴使用 setTransform 方法:

    var canvas = document.getElementById("canvas"); var ctx = canvas.getContext("2d"); ctx.translate(50, 50); ctx.fillRect(0,0,100,100); // 重置 ctx.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0); // 其它处理

    对于变化后的坐标,直接对平移的像素进行加减。

    /** * 假设点 A(x,y),经过 translate(x1,y1) 后达到 B(m,n) */ const m = x + x1; const n = y + y1;

    rotate

    rotate 方法与 translate 方法类似,通过旋转坐标轴实现。

    对于变化后的坐标,需要进行一些计算。

    /** * * 圆心坐标 O(0,0),假设点 A(x,y) ,与 X 轴形成的角度为 α * 顺时针旋转角度 β 后达到点 B(m,n),下面来推导一下 B 点坐标 * * A 到圆心的距离: dist1 = |OA| = y/sin(α)=x/cos(α) * B 到圆心的距离: dist2 = |OB| = n/sin(α-β)=m/cos(α-β) * * 只是旋转 所以 dist1 = dist2,建设旋转的半径为 r : * r = y/sin(α)=x/cos(α)=n/sin(α-β)=m/cons(α-β) * y = r * sin(α) x = r * cos(α) * * 根据三角函数公式: * sin(α+β)=sin(α)cos(β)+cos(α)sin(β) * sin(α-β)=sin(α)cos(β)-cos(α)sin(β) * cos(α+β)=cos(α)cos(β)-sin(α)sin(β) * cos(α-β)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β) * * 代入下面公式: * m = r*cos(α-β) = r * cos(α)cos(β) + r * sin(α)sin(β) = x * cos(β) + y * sin(β) * n = r*sin(α-β) = r * sin(α)cos(β) - r * cos(α)sin(β) = y * cos(β) - x * sin(β) * * 逆时针则相反: * m = x * cos(β) - y * sin(β) * n = y * cos(β) + x * sin(β) * */

    scale

    scale 方法 translate 方法类似,通过缩放坐标轴实现。

    对于变化后的坐标,直接乘以对应缩放的倍数。

    /** * 假设点 A(x,y),经过 scale(num1,num2) 后达到 B(m,n) */ const m = x * num1; const n = y * num2;

    Transformation Order

    当连续进行多次不同变换时,顺序不同,结果可能会不一样。这是示例。

    这是因为连续进行变换时,都是基于上一次变换后的状态,再次进行变换。在进行计算的时候,需要多方面考虑。基于 transform 中的参数格式,进行计算会比较方便一些,translate、 rotate、 scale 的效果都可以转换为 transform 的形式。

    /** * canvas.transform(sx, ry, rx, sy, tx, ty) * sx-水平缩放,ry-垂直倾斜,rx-水平倾斜,sy-垂直缩放,tx-水平移动,ty-垂直移动 * */ function Transform() { this.reset(); } Transform.prototype.reset = function() { this.transformData = [1,0,0,1,0,0]; }; Transform.prototype.translate = function(x, y) { let [sx,ry,rx,sy,tx,ty] = this.transformData; const newTX = sx * x + rx * y; const newTY = ry * x + sy * y; this.transformData = [sx,ry,rx,sy,newTX,newTY]; }; Transform.prototype.rotate = function(angle) { let c = Math.cos(angle); let s = Math.sin(angle); let [sx,ry,rx,sy,tx,ty] = this.transformData; let newSX = sx * c + rx * s; let newRY = ry * c + sy * s; let newRX = sx * -s + rx * c; let newSY = ry * -s + sy * c; this.transformData = [newSX,newRY,newRX,newSY,tx,ty]; }; Transform.prototype.scale = function(x, y) { let [sx,ry,rx,sy,tx,ty] = this.transformData; let newSX = sx * x; let newRY = ry * x; let newRX = rx * y; let newSY = sy * y; this.transformData = [newSX,newRY,newRX,newSY,tx,ty]; }; Transform.prototype.getCoordinate = function(x, y) { let [sx,ry,rx,sy,tx,ty] = this.transformData; const px = x * sx + y*rx + tx; const py = x * ry + y*sy + ty; return [px,py]; };

    参考资料

    DEALING WITH MATRIX TRANS­FORMATIONS2D TransformationsUnderstanding HTML 5 canvas scale and translate order
    Processed: 0.016, SQL: 8