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            天行健 君子當自強而不息

            幾何檢測(3)

             

            AABB與平面的相交性檢測

            考慮3D中由極值點pminpmax定義的AABB和以標準方式定義的平面:p . n = d,其中n為單位向量,平面與AABB必須處于相同的坐標系中。

            一種簡單的靜態測試方法是,計算矩形邊界框頂點和n的點積,通過比較點積和d,來檢測邊界框的頂點是否完全在平面的一邊,或是在另外一邊。如果所有點積都大于d,那么整個邊界框就在平面的正面所指的一側;如果所有的點積都小于d,那么整個邊界框就在平面的反面所指的一側。

            實際上,不需要檢測全部的8個頂點,可以用和變換AABB類似的技巧,例如,如果nx > 0,點積最小的頂點是x = xmin,點積最大的頂點是x= xmax。如果nx < 0,則得出的是相反的結論。對nynz也有同樣的結論。我們計算最小和最大點積的值,如果最小點積大于d或最大點積小于d,說明它們不相交;否則,兩個點在平面的兩邊,說明邊界框與平面相交。

            接下來進行動態測試,我們假設平面是靜止的(以一個移動物體為參考來考慮它們的相交性檢測會比較簡單)。邊界框的位移由單位向量d和長度L定義,和前面一樣,先求得點積最大和最小的頂點,并在t=0時作一次相交性檢測,如果邊界框和平面最初沒有相交,那么一定是離平面最近的頂點先接觸平面,它可能就是前一步檢測出的兩個頂點之一。如果只對與平面的"正面"碰撞感興趣,那么總是使用點積最小的頂點。一旦檢測出先接觸到平面的頂點,就可以利用射線與平面的相交性測試來解決問題。

            cAABB3類實現了AABB與平面的靜態、動態相交性檢測。

             

            三個平面間的相交性檢測

            在3D中,三個平面相交于一點,如圖13.7所示:

            假設三個平面的隱式方程為:

            p . n1 = d1

            p . n2 = d2

            p . n3 = d3

            雖然平面的法向量通常被限制為單位向量,但此時這種限制是沒有必要的。上面的等式組成了一個有三個方程和三個未知數(交點的x、y、z坐標)的線性方程組。解這個方程組能得到如公式13.7所示的結果:

            如果任意一對平面平行,那么交點要么不存在,要么不唯一,在這種情況下,公式13.7的分母都為0。

             

            射線和圓/球的相交性檢測

            這里將討論2D中射線和圓的相交性檢測,檢測的方法也適用于3D中射線和球之間的相交性檢測,這是因為可以在包含射線和球心的平面中進行檢測,從而將3D問題轉化為2D問題。(如果射線包含在穿過球心的直線上,那么這個平面就不是唯一的。但這并不是問題,在這種情況下我們能使用任意包含射線和球心的平面來進行計算。)

            構圖方法見13.8 :

            用圓心c和半徑r來定義球,射線的定義為:p(t) = p0 + td

            這里,d為單位向量,t從0變化到L,L為射線長度。所要求的是交點處t的值:

            t = a - f

            a的計算方法如下,設e為從p0指向c的向量:

            e = c - p0

            現在將e投影到d,這個向量的長度為a,它的計算式為:

            a = e . d

             

            兩個圓/球的相交性檢測

            兩個球的靜態測試是相對比較簡單的(這里的討論對圓也適用,事實上,圖13.9中用的就是圓)。考慮由球心c1c2和半徑r1、r2定義的兩個球(如圖13.9所示)。設d為球心間的距離,很明顯,當d < r1 + r2時它們相交。在實踐中通過比較d2 < (r1 + r2)2,可以避免包括計算d在內的平方根運算。

            對兩個運動的球進行相交性檢測要麻煩一些。假設有兩個單獨的位移向量d1d2,球與位移向量是一一對應的,它們描述了在所討論的時間段中球的運動方式。如圖13.10所示:

            從第一個球的角度來看能夠簡化這個問題,現在假設這個球是"靜止的",另一個球是"運動"的。這給出了單一的位移向量d,它等于原位移向量d2d1的差d2 - d1,如圖13.11所示:

            設靜止球由球心cs和半徑rs定義。運動球的半徑為rm,當t=0時,球心為cm。t不再從0變化到1,而是將d單位化,t的取值范圍從0到L,L是移動的距離。所以在t時刻運動球的球心為cm + td,所要求的是當運動球接觸靜止球時的t。其中的幾何關系如圖13.12所示:


            這里有一些重要的注意事項:

            (1)如果||e|| < r,則球在t=0時就相交。

            (2)如果t<0或t>L,那么在所討論的時間段內兩個球不會發生接觸。

            (3)如果根號內的值是負的,那么兩個球不會相交。

             

            球和AABB的相交性檢測

            為了進行球和AABB的靜態相交性檢測,首先找到AABB中距球心最近的頂點。計算該點到球心的距離,并和球的半徑比較(實際上,比較的是距離的平方和半徑的平方,以避免平方根運算)。如果距離小于半徑,那么球和AABB相交。


            posted on 2008-02-27 10:54 lovedday 閱讀(1099) 評論(3)  編輯 收藏 引用

            評論

            # re: 幾何檢測(3) 2008-03-14 12:20 DrawPixel

            球和AABB的相交性檢測是錯誤的  回復  更多評論   

            # re: 幾何檢測(3) 2008-03-14 13:02 lovedday

            哪錯呢?  回復  更多評論   

            # re: 幾何檢測(3) 2009-03-05 12:29 路人甲

            球和AABB的相交性檢測,確實錯了!  回復  更多評論   

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