【前端】Matter：过滤与高级碰撞检测

在物理引擎中，控制物体的碰撞行为是物理模拟的核心之一。Matter.js 提供了强大的碰撞检测机制和碰撞过滤功能，让开发者可以控制哪些物体能够相互碰撞，如何处理复杂的碰撞情况。本文将详细介绍 碰撞过滤 (Collision Filtering) 与 高级碰撞检测 (Advanced Collision Detection)，并通过实例展示如何在应用中使用这些技术。

碰撞过滤 (Collision Filtering)

碰撞过滤 是一种控制物体是否会相互碰撞的机制。通过设置物体的碰撞过滤属性，我们可以定义不同的规则来实现复杂的碰撞逻辑。例如，我们可以让某些物体只与特定物体碰撞，或者禁止它们与其他物体发生碰撞。

碰撞过滤的基本概念

在 Matter.js 中，每个刚体都有一个 collisionFilter 属性，该属性包含以下三个关键值：

• category: 碰撞类别，一个物体可以属于多个类别。
• mask: 碰撞掩码，决定该物体能与哪些类别碰撞。
• group: 碰撞组，物体可以分配到同一碰撞组内，组内物体是否相互碰撞由组的数值决定。

每个物体都有默认的 category 和 mask，其中默认情况下，所有物体的 category 都是 0x0001，mask 是 0xFFFFFFFF（可以与所有类别碰撞）。

设置碰撞类别和掩码

通过自定义 category 和 mask，可以灵活控制物体之间的碰撞关系。例如，如果我们希望某些物体只与特定类别的物体发生碰撞，可以使用以下代码：

const { Engine, Render, Runner, World, Bodies } = Matter;// 创建引擎和渲染器
const engine = Engine.create();
const render = Render.create({element: document.body,engine: engine,options: {width: 800,height: 600,wireframes: false}
});// 定义碰撞类别
const defaultCategory = 0x0001;
const categoryA = 0x0002;
const categoryB = 0x0004;// 创建物体并分配类别和掩码
const ballA = Bodies.circle(300, 200, 40, {collisionFilter: {category: categoryA,mask: categoryB // 只与类别B的物体碰撞}
});const ballB = Bodies.circle(500, 200, 40, {collisionFilter: {category: categoryB,mask: categoryA // 只与类别A的物体碰撞}
});const ground = Bodies.rectangle(400, 600, 810, 60, { isStatic: true });World.add(engine.world, [ballA, ballB, ground]);Engine.run(engine);
Render.run(render);

在这个例子中，ballA 属于类别 categoryA，它的 mask 设为 categoryB，这意味着它只会与属于类别 categoryB 的物体碰撞。同样，ballB 也只会与属于 categoryA 的物体碰撞，而不与其他类别的物体碰撞。

碰撞组

除了 category 和 mask，还可以使用 group 来实现更精细的碰撞控制。碰撞组 (Collision Groups) 允许将多个物体分配到同一个组，并控制组内物体的碰撞行为。不同于 category 和 mask，group 的值可以是正数或负数：

• 正数：组内物体相互碰撞。
• 负数：组内物体不会相互碰撞。

例如，我们可以创建一个由多个部件组成的物体（如车轮和车身），并使其在物体内部不会发生碰撞，但可以与外部的物体发生碰撞。

const wheelA = Bodies.circle(300, 400, 40, {collisionFilter: {group: -1}
});const wheelB = Bodies.circle(500, 400, 40, {collisionFilter: {group: -1}
});const ground = Bodies.rectangle(400, 600, 810, 60, { isStatic: true });// 轮子和地面会发生碰撞，但两个轮子之间不会
World.add(engine.world, [wheelA, wheelB, ground]);Engine.run(engine);
Render.run(render);

在这里，wheelA 和 wheelB 都属于碰撞组 -1，因此它们不会相互碰撞，但它们可以与其他物体（例如地面）发生碰撞。

高级碰撞检测 (Advanced Collision Detection)

Matter.js 中的高级碰撞检测功能允许你检测并处理更加复杂的碰撞事件，比如检测特定物体的碰撞、获取碰撞接触点、以及响应特定碰撞事件。

监听碰撞事件

Matter.js 提供了事件监听器，可以在物体发生碰撞时触发特定的回调函数。以下是常用的三个碰撞事件：

• collisionStart: 两个物体开始碰撞时触发。
• collisionActive: 两个物体在碰撞过程中持续触发。
• collisionEnd: 两个物体碰撞结束时触发。

你可以通过 Matter.Events.on() 来监听这些碰撞事件。例如：

Matter.Events.on(engine, 'collisionStart', function(event) {const pairs = event.pairs;pairs.forEach(pair => {const { bodyA, bodyB } = pair;console.log(`Collision detected between ${bodyA.label} and ${bodyB.label}`);});
});

在这个例子中，当两个物体开始碰撞时，会在控制台中输出相关信息。

检测碰撞的详细信息

当物体发生碰撞时，Matter.js 提供了关于碰撞点、碰撞深度等的详细信息。你可以使用这些信息来实现更加细致的碰撞处理。

以下是一个例子，展示如何获取碰撞的接触点：

Matter.Events.on(engine, 'collisionStart', function(event) {const pairs = event.pairs;pairs.forEach(pair => {const { bodyA, bodyB, collision } = pair;const { supports } = collision;console.log(`Collision point: x=${supports[0].x}, y=${supports[0].y}`);});
});

supports 是碰撞的接触点坐标数组，你可以使用这些坐标来执行更多的逻辑，比如根据碰撞点触发爆炸、声音效果或粒子效果。

手动处理碰撞

除了依赖引擎的自动处理，你还可以通过监听事件手动修改物体的碰撞行为。以下是一个示例，展示如何在物体碰撞时改变物体的颜色：

Matter.Events.on(engine, 'collisionStart', function(event) {const pairs = event.pairs;pairs.forEach(pair => {pair.bodyA.render.fillStyle = '#FF0000';pair.bodyB.render.fillStyle = '#FF0000';});
});

在这个例子中，当两个物体发生碰撞时，它们的颜色会变成红色。通过这种方式，你可以根据碰撞的结果来实现自定义的视觉效果。

碰撞的条件过滤

有时我们只想对特定的碰撞进行处理，而忽略其他的碰撞。可以通过在事件监听器中添加条件过滤来实现这一点。例如，如果你只想处理特定物体的碰撞，可以这样实现：

Matter.Events.on(engine, 'collisionStart', function(event) {const pairs = event.pairs;pairs.forEach(pair => {if (pair.bodyA.label === 'ball' && pair.bodyB.label === 'ground') {console.log('Ball hit the ground!');}});
});

在这个示例中，只有当 ball 碰到 ground 时，才会触发日志输出。这样可以避免处理无关的碰撞事件。

性能优化

高级碰撞检测和复杂的碰撞过滤可能会影响性能，尤其是在处理大量物体时。为了保持物理引擎的性能，以下是一些优化技巧：

• 简化碰撞形状: 使用简单的几何形状（如矩形、圆形）代替复杂的多边形。
• 减少不必要的碰撞检测: 使用碰撞过滤或分层逻辑，避免处理无关的物体碰撞。
• 降低引擎更新频率: 调整 engine.timing.timeScale 来控制引擎的更新频率，减少每帧计算的负载。

总结

在本教程中，我们深入探讨了 Matter.js 中的 碰撞过滤 和 高级碰撞检测。通过碰撞过滤，可以精确控制物体的碰撞行为，定义复杂的碰撞规则。而通过高级碰撞检测，可以获取碰撞的详细信息，监听碰撞事件并自定义碰撞响应逻辑。

这些功能使得 Matter.js 能够处理复杂的物理交互，提供了更大的灵活性，适用于需要细致控制和优化的物理模拟场景。