三维场景GJK算法C++

时间: 2023-07-15 13:09:54 浏览: 256
GJK算法是一种用于计算两个凸多边形之间最短距离的算法,可以用于三维场景的碰撞检测。 以下是一个简单的C++实现: ```c++ struct Vec3 { float x, y, z; }; struct SupportPoint { Vec3 point; int index1, index2; }; Vec3 support(const Vec3& dir, const std::vector<Vec3>& shape1, const std::vector<Vec3>& shape2) { Vec3 p1 = supportInDirection(dir, shape1); Vec3 p2 = supportInDirection(-dir, shape2); return p1 - p2; } SupportPoint supportInDirection(const Vec3& dir, const std::vector<Vec3>& shape) { float maxDot = -FLT_MAX; Vec3 maxPoint; int maxIndex = -1; for (int i = 0; i < shape.size(); ++i) { float dot = dotProduct(dir, shape[i]); if (dot > maxDot) { maxDot = dot; maxPoint = shape[i]; maxIndex = i; } } return { maxPoint, maxIndex }; } bool gjkIntersection(const std::vector<Vec3>& shape1, const std::vector<Vec3>& shape2) { SupportPoint a{ support(Vec3{ 1.0f, 0.0f, 0.0f }, shape1, shape2), -1, -1 }; std::vector<SupportPoint> simplex{ a }; Vec3 d = -a.point; while (true) { SupportPoint b{ support(d, shape1, shape2), -1, -1 }; if (dotProduct(b.point, d) < 0) { return false; } simplex.push_back(b); if (doSimplex(simplex, d)) { return true; } } } bool doSimplex(std::vector<SupportPoint>& simplex, Vec3& d) { int n = simplex.size(); switch (n) { case 2: return doSimplex2(simplex, d); case 3: return doSimplex3(simplex, d); case 4: return doSimplex4(simplex, d); default: return false; } } bool doSimplex2(std::vector<SupportPoint>& simplex, Vec3& d) { Vec3 a = simplex[1].point; Vec3 b = simplex[0].point; Vec3 ab = b - a; Vec3 ao = -a; if (dotProduct(ab, ao) > 0) { d = crossProduct(crossProduct(ab, ao), ab); } else { simplex[0] = simplex[1]; d = ao; } simplex.erase(simplex.begin() + 1); return false; } bool doSimplex3(std::vector<SupportPoint>& simplex, Vec3& d) { Vec3 a = simplex[2].point; Vec3 b = simplex[1].point; Vec3 c = simplex[0].point; Vec3 ab = b - a; Vec3 ac = c - a; Vec3 ao = -a; Vec3 abc = crossProduct(ab, ac); if (dotProduct(crossProduct(abc, ac), ao) > 0) { if (dotProduct(ac, ao) > 0) { simplex[0] = simplex[2]; d = crossProduct(crossProduct(ac, ao), ac); } else { simplex[1] = simplex[2]; d = crossProduct(crossProduct(ab, ao), ab); } } else { if (dotProduct(crossProduct(ab, abc), ao) > 0) { simplex[0] = simplex[1]; simplex[1] = simplex[2]; d = crossProduct(crossProduct(ab, ao), ab); } else { d = abc; } } simplex.erase(simplex.begin() + 2); return false; } bool doSimplex4(std::vector<SupportPoint>& simplex, Vec3& d) { Vec3 a = simplex[3].point; Vec3 b = simplex[2].point; Vec3 c = simplex[1].point; Vec3 d = simplex[0].point; Vec3 ab = b - a; Vec3 ac = c - a; Vec3 ad = d - a; Vec3 abc = crossProduct(ab, ac); Vec3 acd = crossProduct(ac, ad); Vec3 adb = crossProduct(ad, ab); Vec3 ao = -a; if (dotProduct(abc, ad) > 0) { if (dotProduct(acd, ao) > 0) { simplex[1] = simplex[3]; simplex.erase(simplex.begin() + 2); d = crossProduct(crossProduct(acd, ao), acd); } else { if (dotProduct(adb, ao) > 0) { simplex[0] = simplex[3]; simplex.erase(simplex.begin() + 2); d = crossProduct(crossProduct(adb, ao), adb); } else { simplex[0] = simplex[2]; simplex[1] = simplex[3]; simplex.erase(simplex.begin() + 2); d = abc; } } } else { if (dotProduct(acd, ab) > 0) { simplex[0] = simplex[1]; simplex[1] = simplex[3]; simplex.erase(simplex.begin() + 2); d = crossProduct(crossProduct(ab, ao), ab); } else { if (dotProduct(adb, ac) > 0) { simplex[1] = simplex[2]; simplex[0] = simplex[3]; simplex.erase(simplex.begin() + 2); d = crossProduct(crossProduct(ac, ao), ac); } else { simplex.erase(simplex.begin() + 1); simplex.erase(simplex.begin() + 1); d = -abc; } } } return dotProduct(d, ao) < 0; } float dotProduct(const Vec3& a, const Vec3& b) { return a.x * b.x + a.y * b.y + a.z * b.z; } Vec3 crossProduct(const Vec3& a, const Vec3& b) { return { a.y * b.z - a.z * b.y, a.z * b.x - a.x * b.z, a.x * b.y - a.y * b.x }; } ``` 其中,`support`函数用于计算在给定方向上的支撑点,`supportInDirection`函数用于计算在给定方向上的支撑点和其在两个形状中的索引,`gjkIntersection`函数用于判断两个凸多边形是否相交,`doSimplex`函数用于根据简单形状的类型来执行相应的操作,`doSimplex2`、`doSimplex3`、`doSimplex4`分别对应2个、3个、4个支撑点的情况,`dotProduct`和`crossProduct`分别计算两个向量的点积和叉积。 需要注意的是,这个实现中使用了一些辅助函数,如`dotProduct`和`crossProduct`,需要根据具体情况进行实现。此外,还需要实现`supportInDirection`函数来计算支撑点。

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GJK计算碰撞代码的应用 //----------------------------------------------------------------------------- // Torque 3D // Copyright (C) GarageGames.com, Inc. // // The core algorithms in this file are based on code written // by G. van den Bergen for his interference detection library, // "SOLID 2.0" //----------------------------------------------------------------------------- #include "core/dataChunker.h" #include "collision/collision.h" #include "sceneGraph/sceneObject.h" #include "collision/convex.h" #include "collision/gjk.h" //---------------------------------------------------------------------------- static F32 rel_error = 1E-5f; // relative error in the computed distance static F32 sTolerance = 1E-3f; // Distance tolerance static F32 sEpsilon2 = 1E-20f; // Zero length vector static U32 sIteration = 15; // Stuck in a loop? S32 num_iterations = 0; S32 num_irregularities = 0; //---------------------------------------------------------------------------- GjkCollisionState::GjkCollisionState() { a = b = 0; } GjkCollisionState::~GjkCollisionState() { } //---------------------------------------------------------------------------- void GjkCollisionState::swap() { Convex* t = a; a = b; b = t; CollisionStateList* l = mLista; mLista = mListb; mListb = l; v.neg(); } //---------------------------------------------------------------------------- void GjkCollisionState::compute_det() { // Dot new point with current set for (int i = 0, bit = 1; i < 4; ++i, bit <<=1) if (bits & bit) dp[i][last] = dp[last][i] = mDot(y[i], y[last]); dp[last][last] = mDot(y[last], y[last]); // Calulate the determinent det[last_bit][last] = 1; for (int j = 0, sj = 1; j < 4; ++j, sj <<= 1) { if (bits & sj) { int s2 = sj | last_bit; det[s2][j] = dp[last][last] - dp[last][j]; det[s2][last] = dp[j][j] - dp[j][last]; for (int k = 0, sk = 1; k < j; ++k, sk <<= 1) { if (bits

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