在 Unity 中计算哪些 Collider 线段被击中？ （将游戏对象放置在对撞机的周边）

Question

对于我正在开发的游戏，我正在尝试编写一些将 GameObjects 放置在 PolygonCollider2D 周边的代码。在我的游戏中，一个物体可以接触一个平台，然后开始在该平台周围散布物质。我希望内容在程序上散布在平台上，每x 个单位放置一个游戏对象。有关我的意思的示例，请查看此 .gif，其中我对 RayCast 做了同样的事情。

尝试使用光线投射执行此操作会引入很多边缘情况。为了消除这些，我想应用一种更一致的方法。

在 Unity 中，对撞机包含一个 Collider.points 数组，其中包含组成对撞机的点的坐标。理论上，如果您开始将游戏对象放置在point[0]，请查看point[1] 的方向，然后开始向该方向放置对象，直到您到达point[1]，查看point[2] 的方向并重复，您应该是能够将物体整齐地放置在所述对撞机的周边。

我的问题是我不知道我的初始吊具对象是否必须在point[0] 和point[1] 或point[n] 和point[n+1] 之间启动这个对象放置算法。

请看一下这个例子：

如果我的碰撞发生在红色标记上，我需要以某种方式确定碰撞发生在point[4] 和point[5] 之间的线段 E 上，这样我就可以知道沿周边的“起始位置”并开始编写代码，将对象同时沿周边放置在两个方向上。

我的第一个想法是找到碰撞的世界位置，并找到points[]中距离该碰撞点最近的两个点的世界位置。但在上面的例子中，这行不通——它会找到位置2和4（甚至不是一个段），即使碰撞触及4和5之间的线段（E段）。

有人对如何做到这一点有任何建议吗？

Answer 1

如果您已经有了接触点，您可以遍历所有顶点 (point) 并检查接触点最接近哪条线。

以下两个方法取自HandleUtility（请参阅source code），但它仅存在于编辑器中，因此由于您想在运行时使用它，只需将其复制到自定义运行时类

public static class VectorUtils
{
    // Project /point/ onto a line.
    public static Vector3 ProjectPointLine(Vector3 point, Vector3 lineStart, Vector3 lineEnd)
    {
        Vector3 relativePoint = point - lineStart;
        Vector3 lineDirection = lineEnd - lineStart;
        float length = lineDirection.magnitude;
        Vector3 normalizedLineDirection = lineDirection;
        if (length > .000001f)
            normalizedLineDirection /= length;

        float dot = Vector3.Dot(normalizedLineDirection, relativePoint);
        dot = Mathf.Clamp(dot, 0.0F, length);

        return lineStart + normalizedLineDirection * dot;
    }

    // Calculate distance between a point and a line.
    public static float DistancePointLine(Vector3 point, Vector3 lineStart, Vector3 lineEnd)
    {
        return Vector3.Magnitude(ProjectPointLine(point, lineStart, lineEnd) - point);
    }
}

现在假设您的积分都是连续的，您可以使用它，例如喜欢

// Allows to do some iteration queries on IEnumerable collections
using System.Linq;

...

public static void GetTouchSegmentEndpoints(
    // The Collider.points
    PolygonCollider2D collider, 
    // Your given collision point
    Vector3 touchPoint, 
    // After this method call these two will be filled with the information
    out Vector3 resultA, out Vector3 resultB)
{
    // Assign default values
    resultA = Vector3.zero;
    resultB = Vector3.zero;

    var localPoints = collider.points;

    // First of all the PolygonCollider2D.points are in LOCAL SPACE
    // so firs we need to convert them to worldSpace 
    // using Linq we can do this in a single line
    var worldPoints = collider.points.Select(p => collider.transform.TransformPoint(p)).ToArray();  
    // This basically equals doing something like
    //var worldPoints = new Vector3 [localPoints.Length];
    //for(var i = 0; i < localPoints.Length; i++)
    //{ 
    //    worldPoints[i] = collider.transform.TransformPoint(localPoints[i]);
    //} 

    // for comparing the distance to the current line
    var minDistance = float.PositiveInfinity;

    // Go through the world space points
    for(var i = 0; i < worldPoints.Length; i++)
    {
        // Get the next i with wrap around at the end
        var nextI = i == (worldPoints.Length - 1) ? 0 : i + 1;

        // Get the two corner points for the current line
        var pointA = worldPoints[i];
        var pointB = worldPoints[nextI];

        // get the distance between that line and the given touch point
        var distance = VectorUtils.DistancePointLine(touchPoint, pointA, pointB);

        // if it is smaller than the current minDistance 
        if(distance < minDistance)
        {
            // replace the results 
            resultA = pointA;
            resultB = pointB;

            minDistance = distance;
        }
    }
}

最后你可以简单地称呼它，例如

PolygonCollider2D yourCollider;
Vector3 yourWorldTouchPoint;

VectorUtils.GetTouchSegmentEndpoints(yourCollider, yourWorldTouchPoint, out var lineA, out var lineB);

// Do something with lineA and lineB

如果这是最有效的方法我不知道^^

Answer 2

一种解决方案是搜索与碰撞点最接近的线对的点。所以基本上，我们希望多边形上的 CollisionEnter2D 函数看起来像这样：

private void OnCollisionEnter2D(Collision2D collision)
{
    Vector2 contactPoint = collision.GetContact(0).point;
    (Vector2, Vector2) closestLine = FindClosestLine(contactPoint);

    if (closestLine != null)
        print(closestLine);
}

我的解决方案可以用下图来描述：

（请见谅，我是程序员）。

作为一种伪算法：

define point = collisionPoint;
define pair;
define minDistance;

for pair := (p1, p2) in collider.points:
    if (dist := shortestDistance(point, pair) < minDistance):
        minDistance = dist
        pair = (p1, p2)

在这个循环结束时，我们将得到我们正在寻找的两个点。这是我想出的一个粗略的实现：

private (Vector2, Vector2)? FindClosestLine(Vector2 contactPoint)
{
    var localScale = transform.localScale;
    var points = polygonCollider.points;

    (Vector2, Vector2) closestLine = (default, default);
    var shortestDistance = float.MaxValue;

    for (var i = 1; i < points.Length; i++)
    {
        // We multiply the points by localScale, because the collider 
        // scales them to 1 internally, regardless of our size.
        var line = (points[i - 1] * localScale, points[i] * localScale);
        var distance = MinDistPointToLine(contactPoint, line);
        if (distance < shortestDistance)
        {
            shortestDistance = distance;
            closestLine = line;
        }
    }

    if (shortestDistance < float.MaxValue)
        return closestLine;
    else return null;
}

为了算出最短距离，我们可以使用一些基本的三角学（再次请原谅画图。）

代码如下所示：

private static float MinDistPointToLine(Vector2 point, (Vector2, Vector2) line)
{
    // Calculate the shortest distance between the line (p[n+1] - p[n]) and the given point.

    var (end, start) = line;
    var lineLength = (start - end).magnitude;
    var lineLengthSqr = lineLength * lineLength;
    var distToStartSqr = (point - end).sqrMagnitude;
    var distToEndSqr = (point - start).sqrMagnitude;
    
    // Equation found by algebra. 
    return distToStartSqr - (distToStartSqr - distToEndSqr - lineLengthSqr) / 2 * lineLength;
}

在这种情况下，我们只是打印两个点，但您显然会使用它们来实现您描述的算法。