如何为我的弹跳球创建碰撞检测？

Question

我为三个沙滩球在屏幕上弹跳编写了一个动画（在 python 中）。我现在希望它们全部碰撞并能够相互反弹。如果能提供任何帮助，我将不胜感激。

import pygame
import random
import sys
class Ball:


    def __init__(self,X,Y):

        self.velocity = [1,1]
        self.ball_image = pygame.image.load ('Beachball.jpg'). convert()
        self.ball_boundary = self.ball_image.get_rect (center=(X,Y))
        self.sound = pygame.mixer.Sound ('Thump.wav')
        self.rect = self.ball_image.get_rect (center=(X,Y))

if __name__ =='__main__':

    width = 800
    height = 600
    background_colour = 0,0,0
    pygame.init()
    window = pygame.display.set_mode((width, height))
    pygame.display.set_caption("Bouncing Ball animation")
    num_balls = 3
    ball_list = []
    for number in range(num_balls):
        ball_list.append( Ball(random.randint(10, (width - 10)),random.randint(10, (height - 10))) )
    while True:
        for event in pygame.event.get():
                print event 
                if event.type == pygame.QUIT:
                        sys.exit(0)
        window.fill (background_colour)

        for ball in ball_list:
                if ball.ball_boundary.left < 0 or ball.ball_boundary.right > width:
                        ball.sound.play()
                        ball.velocity[0] = -1 * ball.velocity[0]
                if ball.ball_boundary.top < 0 or ball.ball_boundary.bottom > height:
                        ball.sound.play()
                        ball.velocity[1] = -1 * ball.velocity[1]

                ball.ball_boundary = ball.ball_boundary.move (ball.velocity)
                window.blit (ball.ball_image, ball.ball_boundary)
        pygame.display.flip()

Answer 1

任意形状的碰撞检测通常非常棘手，因为您必须确定是否有任何像素发生碰撞。

使用圆圈实际上更容易。如果您有两个半径分别为 r1 和 r2 的圆，如果中心之间的距离小于 r1+r2，则发生碰撞。

两个中心(x1,y1)和(x2,y2)之间的距离可以计算比较为：

d = sqrt((y2-y1) * (y2-y1) + (x2-x1) * (x2-x1));
if (d < r1 + r2) { ... bang ... }

或者，正如 jfclavette 所指出的，平方根很昂贵，因此最好只使用简单的操作来计算：

dsqrd = (y2-y1) * (y2-y1) + (x2-x1) * (x2-x1);
if (dsqrd < (r1+r2)*(r1+r2)) { ... bang ... }

棘手的一点在于计算新的运动矢量（给定对象的 (x,y) 随时间变化的速率），因为您需要考虑当前的运动矢量和接触点。

我认为作为第一次切割，您应该只反转运动矢量以测试碰撞检测是否首先起作用。

然后再问一个问题 - 最好将个别问题具体化，以便有针对性地回答。

Answer 2

检测碰撞只是第一步。让我们分解一下。

最快的方法是计算它们的方形边界框，看看它们是否发生碰撞。两个边需要交叉（1 的顶部和底部或 2，1 的左侧和 2 的右侧，反之亦然）以使边界框重叠。没有重叠，没有碰撞。

现在，当它们确实重叠时，您需要计算它们之间的距离。如果这个距离大于球的半径之和，则没有碰撞。

好的！我们有两个球相撞。 现在什么？好吧，他们必须互相反弹。它们反弹的方式取决于几个因素。

首先是它们的弹性。两个相互反弹的橡胶球与两个玻璃球的反弹方式不同。

第二个是它们的初始速度。 Inertia 表示，他们将希望继续朝着最初的方向前进。

第三个是球的质量。质量较小的球会以更高的速度从质量大得多的球上反弹。

让我们先处理第二个和第三个因素，因为它们是相互交织的。

两个球很少会完全命中。扫视的可能性要大得多。在任何情况下，冲击都会沿着球碰撞的切线法线发生。给定它们的初始速度，您需要计算两者沿此法线的矢量分量。这将导致两个球都会带来一对正常速度的碰撞。将总和相加并将其存储在方便的地方。

现在我们必须弄清楚每个球会带走什么。每个球的最终法向速度与给定球的质量成反比。也就是说，取每个球质量的倒数，将两个质量加在一起，然后根据球的质量与两个球质量的倒数之和的比值，将合成的法向速度从碰撞中分离出来。然后加上切向速度，得到球的合成速度。

弹性几乎是相同的，只是它需要一些基本的微积分，因为即使球在压缩时仍然在移动。我会留给你找到相关的数学。

Answer 3

Pax's answer 很好地涵盖了检测碰撞。关于让对象相互反弹，我建议查看以下有关elastic collisions、inelastic collisions 和coefficients of restitution 的链接。

编辑：我刚刚注意到another SO question 中涵盖了这一点，尽管不是专门针对 Python。您还应该在那里查看一些好的链接。

Answer 4

我认为你们缺少一些更简单的东西，尤其是考虑到他正在使用 pygame。

调用get_rect函数可以为图像设置大概的边界，创建的Rect用于计算图像的位置，如果动画中有多个对象，则可以用于检测碰撞。

colliderect & rect 可以使用，问题是我不知道你将如何实现它，特别是对于未知数量的球。

记住它是 python。

Answer 5

在 CPU 周期非常重要的美好旧时代，编码人员使用一个简单的技巧来检测碰撞：他们使用的颜色可以从像素颜色中分辨出它是背景还是物体。至少在一些 C64 游戏中是这样做的。

不过不知道你是否愿意走这条路..

Answer 6

首先你需要检查与rect.colliderect(other_rect)的冲突

之后，如果它们发生碰撞，您可以检查像素完美碰撞。所以你不会弄乱对象的半径或形状。

对于像素完美碰撞检查，我使用 Masks： 用mask.from_surface 制作两个蒙版对象，然后将它们放到Mask.overlap 函数中。

Answer 7

我做了一个python碰撞检测if语句，这里是：

if beach ball 1 x < beach ball 2 x + beach ball 1 width and beach ball 1 x + beach ball 2 width > beach ball 2 x and beach ball 1 y < beach ball 2 y + beach ball 1 height and beach ball 2 height + beach ball 1 y > beach ball 2 y:
    #put needed code here

在您的情况下，使用 3 个弹跳球，您必须为每个球制作 2 个这种格式的 if 语句，以确保碰撞检测完美无缺。我希望这会有所帮助。