物理引擎探究(9)---球碰撞处理

程序员文章站 2022-07-04 20:06:37

...

0.简介

球的碰撞处理，之前想着会比较简单，但是实际上比想象的难一些。

1.球与球的碰撞

之所这么分类，所以因为球和球的碰撞比较特殊，目前暂时不考虑摩擦力的情况，球与球碰撞产生的碰撞交点是一定过两个球心的连线的，这样球就一定会因为碰撞产生位移。球的正碰是特殊情况，这里我们直接考虑球与球的斜碰，斜碰就是两个球碰撞时候，碰撞交点不在速度方向上。

关于斜碰后速度的变化可以看如下文章作为参考。

斜碰

我在这里也简要说明一下。

假设一个球A以速度V运动，与另一个静止的球B碰撞，此时将速度根据两个圆心方向和对应垂直方向分解，得到V1和V2，V2就是与另一个球B进行动量守恒计算的速度，加入计算完毕后，V2方向在碰撞后的速度是V3，V1+V3则是A球最终的运动结果，同理球B也这样计算，最终求得两个球的运动速度。具体还可以看上面的链接，斜碰。

2.实现

class CollideInfo
{
public:
	CollideInfo() {}
	CollideInfo(Obj_Forces*_A, Obj_Forces*_B,float _deep,vec3 _cPoint):A(_A),B(_B),deep(_deep), cPoint(_cPoint) {}
	Obj_Forces* A;
	Obj_Forces* B;
	float deep;//相交最短距离
	vec3 cPoint;//碰撞点
	//生成力
	void generate()
	{
		//没有碰撞就不计算
		if (A == nullptr || B == nullptr)
			return;
		//以下生成的都是碰撞产生的力
		//两个物体都存在说明产生碰撞力
		if (A != nullptr && B != nullptr)
		{
			
			vec3 vecA = normalize(A->obj->position - cPoint);
			vec3 vecB = normalize(B->obj->position - cPoint);
			//碰撞点在两个型心连线上
			if (dot(vecA, vecB) < 0.0001)
			{
				float speedA = length(A->obj->velocity);
				float speedB = length(B->obj->velocity);
				float cosa = dot(vecA, normalize(A->obj->velocity));
				float cosb = dot(vecB, normalize(B->obj->velocity));
				if (speedA == 0)
					cosa = 1;
				if (speedB == 0)
					cosb = 1;
				//两个物体的速度分解,碰撞点到连心线上的分解
				vec3 rA = momentumCalc(A->obj->mass, B->obj->mass, speedA * cosa*vecA, speedB * cosb*vecB);
				vec3 rB = momentumCalc(B->obj->mass, A->obj->mass, speedB * cosb*vecB, speedA * cosa*vecA);

				vec3 AC = vecA * speedA * cosa;
				vec3 BC = vecB * speedB * cosb;

				vec3 AR = A->obj->velocity - AC;
				vec3 BR = B->obj->velocity - BC;

				AC = rA;
				BC = rB;

				A->obj->velocity = AC + AR;
				B->obj->velocity = BC + BR;
				
			}
			//受力计算
			vec3 force(0,0,0);
			for (auto fa : A->forces)
			{
				force += fa->getForce();
			}
			A->addForce(new Elastic(-force,COLLIDEFORCE));
			force = vec3(0, 0, 0);
			for (auto fb : B->forces)
			{
				force += fb->getForce();
			}
			B->addForce(new Elastic(-force, COLLIDEFORCE));
		}
	}
	vec3 momentumCalc(float mA, float mB, vec3 vA, vec3 vB)
	{
		return ((mA-mB)*vA+2.0f*mB*vB)/(mA+mB);
	}
	~CollideInfo() {}
};

这里确实废了不小力气(找资料时间比较久)，不过还好可以实现，后续再优化计算过程。当然，之前的直线与球碰撞代码就删除了，因为考虑的情况比较少，只是暂时测试碰撞信息处理模块用的。