碰撞检测优化-四叉树

四叉树原理本人就不赘述了,很多前辈都有详细的讲解

首先说明下四叉树并不是一个碰撞引擎,它只是一种减少碰撞候选者的算法,所以在利用四叉树得到碰撞候选元素后,还需要去检测这些候选元素与目标元素是否发生碰撞

2D中是四叉树,3D中则对应的为八叉树

项目(微信小游戏《宇宙少女》)中实测:

同屏极限情况下,可碰撞元素为:

200左右子弹+70左右怪物+若干buff+玩家

碰撞关系为:

子弹和怪物碰撞

特定怪物和其他怪物碰撞反弹

玩家和怪物碰撞

玩家和buff碰撞

使用cocos的碰撞系统,在H5表现良好,微信小游戏的Android平台也还可以,但是在ios平台上,FPS只有20+
使用四叉树做空间规划,对子弹做进一步的优化,减少碰撞元素

碰撞检测使用圆圆碰撞和圆矩碰撞,放弃了pow()和sqrt()方法, 其相对于加减乘除会消耗更多的CPU(之前在QQ群讨论过)

改良后的碰撞检测在微信小游戏的Android平台性能良好,IOS平台的FPS也达到了50+

项目中使用每帧重建四叉树,当然也可以自己维护四叉树中碰撞元素的位置

1四叉树概念

四叉树(quad-tree)是一种数据结构,是一种每个节点最多有四个子树的数据结构。四叉树是在二维图片中定位像素的唯一适合的算法。因为二维空间(图经常被描述的方式)中,平面像素可以重复的被分为四部分,树的深度由图片、计算机内存和图形的复杂度决定。四叉树可以用来在数据库中放置和定位文件(称作记录或键)。这一算法通过不停的把要查找的记录分成4部分来进行匹配查找直到仅剩下一条记录为止。

2空间规划

游戏编程模式-空间分区

将对象存储在根据位置组织的数据结构中来高效地定位它们。 你有一组对象(可能还挺多),将对象存储在一个根据对象位置来组织的数据结构中,该数据结构可以让你高效查询位于或靠近某处的对象。当对象位置改变时,更新并继续维护该空间数据对象。用更复杂的数据结构(空间)来换取大量查询时的性能优化(时间)。

博客园中一篇讲解详细的blog

https://www.cnblogs.com/xin-lover/p/12216053.html

3
quadtree-js

在GitHub上找到的一个前辈实现的四叉树:

https://github.com/timohausmann/quadtree-js

并提供了两个在线演示的demo,其中红色为四叉树节点,空白方块为四叉树中的元素,灰色方块为鼠标的位置,即目标元素,绿色方块为碰撞候选元素

1.手动添加静态对象并查看四叉树拆分:

https://timohausmann.de/quadtree.js/simple.html

2.在持续运动的对象中查看四叉树拆分:

https://timohausmann.de/quadtree.js/dynamic.html

4使用方法

1.引入quadtree.js

①通过代码引入:

import * as Quadtree from “…/R-framework/quadtree.js”;

②插件引入:

将quadtree.js文件导入编辑器的时候选择为插件

2.创建四叉树

区域为整个屏幕

let myTree = new Quadtree({
x: -cc.winSize.width / 2,
y: -cc.winSize.height / 2,
width: cc.winSize.width / 2,
height: cc.winSize.height / 2
});

3.插入元素

参数为元素的左下角坐标及其宽高

myTree.insert({
x: 200,
y: 150,
width: 20,
height: 20
});

4.检索元素

参数为目标元素的左下角坐标及其宽高

返回值为碰撞候选元素数组

let elements = myTree.retrieve({
x: 150,
y: 100,
width: 20,
height: 20
});

5.碰撞检测

在得到碰撞候选元素后,需要检测是否与目标元素发生碰撞,检测的方法可以用cocos的碰撞组件,也可以根据项目需求定制碰撞检测

6.清除四叉树

检测完毕后,需要清除四叉树中的元素,以方便下次继续检测

myTree.clear();
或者维护四叉树空间中碰撞元素的位置

26赞

不错的功能实现!支持!

我的小游戏AYO不错呦就有碰撞性能问题,我要试一试这个算法。

简单明了,点赞

简单高效,才是目标:joy:

给dalao顶帖,四叉树想学挺久了,现在一看图就看懂了四叉树的原理在哪了:14:

检测的方法可以用cocos的碰撞组件

请问得到候选元素后,怎么结合cocos碰撞组件检测节点?

请问下不使用sqrt(),你是如何计算圆和圆直接的距离的呢?

markk

给大佬递茶,mark!

想问下返回了可能产生碰撞的节点后,怎么使用cocos的碰撞体去判断是否产生碰撞呢?

想问下返回了可能产生碰撞的节点后,怎么使用cocos的碰撞体去判断是否产生碰撞呢?

同问

直接用碰撞体的points检测

那就是用不了引擎的了 自己写一套

请教一下,四叉树创建的时候是以屏幕显示区域为范围,那如果像蛋壳特攻队这种割草类的,摄像机照到的区域一直是改变的,这个重建四叉树的检索范围可行吗?

老哥有没有在3.x上的2d实现,我发现如果不用刚体的碰撞体,好像碰撞体没办法随着node的移动而移动

我都用的不是刚体

我也不用刚体,但是打算用碰撞体结合四叉树,只是发现在box2d下不用刚体的话,移动node,碰撞体的aabb不会跟着移动,我改为取UITransform的aabb去判断了

mark一下很重要