Python 碰撞检测及其返回值

在计算机图形学和游戏开发中，碰撞检测是一个至关重要的环节。它用于确定两个或多个物体是否相交或碰撞。本文将通过 Python 来实现简单的碰撞检测，并展示如何返回碰撞信息。

碰撞检测基本概念

碰撞检测的基本逻辑是检查物体的边界是否重叠。对于简单的形状，如矩形和圆形，计算相对较简单。我们将使用矩形和圆形的碰撞检测作为示例。

矩形碰撞检测

矩形的碰撞检测主要通过比较其角坐标来实现。如果两个矩形的边界相交，则可以认为它们发生了碰撞。以下是一个简单的矩形碰撞检测示例：

class Rectangle:
    def __init__(self, x, y, width, height):
        self.x = x
        self.y = y
        self.width = width
        self.height = height

    def check_collision(self, other):
        return (self.x < other.x + other.width and
                self.x + self.width > other.x and
                self.y < other.y + other.height and
                self.y + self.height > other.y)

圆形碰撞检测

对于圆形，我们可以通过比较圆心的距离和半径的和来判断碰撞。以下是一个简单的圆形碰撞检测示例：

import math

class Circle:
    def __init__(self, x, y, radius):
        self.x = x
        self.y = y
        self.radius = radius

    def check_collision(self, other):
        distance = math.sqrt((self.x - other.x) ** 2 + (self.y - other.y) ** 2)
        return distance < (self.radius + other.radius)

类图

为了更好地理解上述代码的结构，我们可以绘制一个类图。

classDiagram
    class Rectangle {
        +int x
        +int y
        +int width
        +int height
        +bool check_collision(other: Rectangle)
    }
    class Circle {
        +int x
        +int y
        +int radius
        +bool check_collision(other: Circle)
    }

碰撞状态图

在实现碰撞检测后，我们希望能够更清楚地展示物体的状态。例如，物体可以处于“静止”、“移动”或“碰撞”状态。以下是一个状态图的示例，用来展示物体的可能状态。

stateDiagram
    [*] --> 静止
    静止 --> 移动
    移动 --> 碰撞: 检测到碰撞
    碰撞 --> 静止: 处理完毕
    碰撞 --> 移动: 继续移动

返回碰撞信息

在我们的应用中，除了检测碰撞，我们还可能需要返回更多的碰撞信息，比如碰撞的类型和位置。以下是扩展的矩形类，增加了返回碰撞信息的功能：

class Rectangle:
    ...
    def get_collision_info(self, other):
        if self.check_collision(other):
            return {
                'collision': True,
                'rect1': (self.x, self.y, self.width, self.height),
                'rect2': (other.x, other.y, other.width, other.height)
            }
        return {'collision': False}

结论

本文介绍了如何在 Python 中实现基本的碰撞检测，包括矩形和圆形两个几何形状的例子。通过类图和状态图，我们可以直观地理解碰撞检测的逻辑和物体的状态转移。希望这些知识能够帮助你在图形学和游戏开发中，更加灵活地应用碰撞检测技术。