Three.js中实现碰撞检测
1. 引言
碰撞检测是三维场景中常见的需求,Three.js是常用的前端三维JavaScript库,本文就如何在Three.js中进行碰撞检测进行记述
主要使用到的方法有:
- 射线法Raycaster
- 包围盒bounding box
- 物理引擎Cannon.js
2. Raycaster
Raycaster用于进行raycasting(光线投射), 光线投射用于进行鼠标拾取(在三维空间中计算出鼠标移过了什么物体)
在某些情况下也能用于初略的碰撞检测
示例如下:
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<style>
html,
body,
canvas {
height: 100%;
width: 100%;
margin: 0;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas"></canvas>
<script type="importmap">
{
"imports": {
"three": "https://unpkg.com/three/build/three.module.js",
"three/addons/": "https://unpkg.com/three/examples/jsm/"
}
}
</script>
<script type="module">
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
import Stats from 'three/addons/libs/stats.module.js'
const scene = new THREE.Scene();
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x0000ff });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);
// 创建性能监视器
let stats = new Stats();
// 将监视器添加到页面中
document.body.appendChild(stats.domElement)
const canvas = document.querySelector('#canvas');
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, canvas.clientWidth / canvas.clientHeight, 0.1, 100000);
camera.position.set(0, 0, 10);
// 添加环境光
const ambient = new THREE.AmbientLight("#FFFFFF");
ambient.intensity = 5;
scene.add(ambient);
// 添加平行光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight("#FFFFFF");
directionalLight.position.set(0, 0, 0);
directionalLight.intensity = 16;
scene.add(directionalLight);
// 添加Box
const box = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const boxMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const boxMesh = new THREE.Mesh(box, boxMaterial);
boxMesh.position.set(6, 0, 0);
scene.add(boxMesh);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.querySelector('#canvas'),
antialias: true
});
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight, false)
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
function animate() {
// 更新帧数
stats.update()
boxMesh.position.x -= 0.01;
cube.material.color.set(0x0000ff);
raycaster.set(boxMesh.position, new THREE.Vector3(-1, 0, 0).normalize());
const intersection = raycaster.intersectObject(cube);
if (intersection.length > 0) {
if (intersection[0].distance < 0.5) {
intersection[0].object.material.color.set(0xff0000);
}
}
raycaster.set(boxMesh.position, new THREE.Vector3(1, 0, 0).normalize());
const intersection2 = raycaster.intersectObject(cube);
if (intersection2.length > 0) {
if (intersection2[0].distance < 0.5) {
intersection2[0].object.material.color.set(0xff0000);
}
}
requestAnimationFrame(animate);
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
</script>
</body>
</html>

可以看到,两个立方体在刚接触时和要分开时检测出了碰撞,但是在两个立方体接近重合时却没检测出碰撞
这是因为Raycaster使用的是一根射线来检测,射线需要起点和方向,上述例子中将起点设为绿色立方体的中心,当绿色立方体中心在蓝色立方体内时,就检测不出碰撞了
另外,射线是需要方向的,上述示例中设置为检测左右两个方向,然而方向是难以穷举的,太多的Raycaster也严重损耗性能
所以说,Raycaster在某些情况下也能用于初略的碰撞检测,然而问题是显著的
3. bounding box
bounding box,在Three.js中为Box3类,表示三维空间中的一个轴对齐包围盒(axis-aligned bounding box,AABB)
利用bounding box,可以用来检测物体是否相交(即,碰撞)
示例如下(和Raycaster部分的代码相比只修改了animate函数):
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<style>
html,
body,
canvas {
height: 100%;
width: 100%;
margin: 0;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas"></canvas>
<script type="importmap">
{
"imports": {
"three": "https://unpkg.com/three/build/three.module.js",
"three/addons/": "https://unpkg.com/three/examples/jsm/"
}
}
</script>
<script type="module">
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
import Stats from 'three/addons/libs/stats.module.js'
const scene = new THREE.Scene();
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x0000ff });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);
// 创建性能监视器
let stats = new Stats();
// 将监视器添加到页面中
document.body.appendChild(stats.domElement)
const canvas = document.querySelector('#canvas');
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, canvas.clientWidth / canvas.clientHeight, 0.1, 100000);
camera.position.set(0, 0, 10);
// 添加环境光
const ambient = new THREE.AmbientLight("#FFFFFF");
ambient.intensity = 5;
scene.add(ambient);
// 添加平行光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight("#FFFFFF");
directionalLight.position.set(0, 0, 0);
directionalLight.intensity = 16;
scene.add(directionalLight);
// 添加Box
const box = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const boxMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const boxMesh = new THREE.Mesh(box, boxMaterial);
boxMesh.position.set(6, 0, 0);
scene.add(boxMesh);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.querySelector('#canvas'),
antialias: true
});
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight, false)
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
function animate() {
// 更新帧数
stats.update()
boxMesh.position.x -= 0.02;
const cubeBox = new THREE.Box3().setFromObject(cube);
const boxMeshBox = new THREE.Box3().setFromObject(boxMesh);
cubeBox.intersectsBox(boxMeshBox) ? cube.material.color.set(0xff0000) : cube.material.color.set(0x0000ff);
requestAnimationFrame(animate);
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
</script>
</body>
</html>
可以看到,在Three.js中使用bounding box来检测碰撞效果还可以,当然,AABB这种bounding box是将物体用一个立方体或长方体包围起来,如果物体的形状很不规则,那么使用bounding box来检测碰撞可能是不够精细的,比如下面这个例子:

示例中绿色立方体还没撞到蓝色锥体,但是bounding box已经检测出碰撞
所以,利用bounding box来检测物体是否相交是大体可行的
4. Cannon.js
Cannon.js是一个3d物理引擎,它能实现常见的碰撞检测,各种体形,接触,摩擦和约束功能
这里笔者想借助物理引擎来实现碰撞检测,当然,其他的物理引擎(如,Ammo.js,Oimo.js等)也是可以的
使用Cannon.js进行两个Cube的碰撞检测示例如下:
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<style>
html,
body,
canvas {
height: 100%;
width: 100%;
margin: 0;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas"></canvas>
<script type="importmap">
{
"imports": {
"three": "https://unpkg.com/three/build/three.module.js",
"three/addons/": "https://unpkg.com/three/examples/jsm/"
}
}
</script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/cannon.js/0.6.2/cannon.js"></script>
<script type="module">
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
import Stats from 'three/addons/libs/stats.module.js'
const scene = new THREE.Scene();
const world = new CANNON.World()
// 创建性能监视器
let stats = new Stats();
// 将监视器添加到页面中
document.body.appendChild(stats.domElement)
const canvas = document.querySelector('#canvas');
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, canvas.clientWidth / canvas.clientHeight, 0.1, 100000);
camera.position.set(0, 0, 10);
// 添加环境光
const ambient = new THREE.AmbientLight("#FFFFFF");
ambient.intensity = 5;
scene.add(ambient);
// 添加平行光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight("#FFFFFF");
directionalLight.position.set(0, 0, 0);
directionalLight.intensity = 16;
scene.add(directionalLight);
// 创建第一个Cube的Three.js模型
const cubeGeometry1 = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const cubeMaterial1 = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x0000ff });
const cube1 = new THREE.Mesh(cubeGeometry1, cubeMaterial1);
scene.add(cube1);
// 创建第一个Cube的Cannon.js刚体
const cubeShape1 = new CANNON.Box(new CANNON.Vec3(0.5, 0.5, 0.5));
const cubeBody1 = new CANNON.Body({ mass: 1, shape: cubeShape1 });
cubeBody1.position.set(1, 0, 0);
world.addBody(cubeBody1);
// 创建第二个Cube的Three.js模型
const cubeGeometry2 = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const cubeMaterial2 = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const cube2 = new THREE.Mesh(cubeGeometry2, cubeMaterial2);
scene.add(cube2);
// 创建第二个Cube的Cannon.js刚体
const cubeShape2 = new CANNON.Box(new CANNON.Vec3(0.5, 0.5, 0.5));
const cubeBody2 = new CANNON.Body({ mass: 1, shape: cubeShape2 });
cubeBody2.position.set(-1, 0, 0);
world.addBody(cubeBody2);
// 监听碰撞事件
cubeBody2.addEventListener("collide", function (e) {
cube2.material.color.set(0xff0000);
});
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.querySelector('#canvas'),
antialias: true
});
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight, false)
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
function animate() {
// 更新帧数
stats.update()
world.step(1 / 60);
cubeBody1.position.x -= 0.02;
// 更新Three.js模型的位置
cube1.position.copy(cubeBody1.position);
cube1.quaternion.copy(cubeBody1.quaternion);
cube2.position.copy(cubeBody2.position);
cube2.quaternion.copy(cubeBody2.quaternion);
requestAnimationFrame(animate);
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
</script>
</body>
</html>

至于精确性呢,使用Cannon.js也是不错的,示例如下:

看上去,使用Cannon.js的效果是相当不错的,在追求效果的情况下使用物理引擎是不错的选择,当然,增加的编码成本、计算开销也是不少
5. 参考资料
[1] Raycaster – three.js docs (three3d.cn)
[2] Box3 – three.js docs (threejs.org)
[3] schteppe/cannon.js: A lightweight 3D physics engine written in JavaScript. (github.com)
[4] Three.js - 物体碰撞检测(二十六) - 掘金 (juejin.cn)
[5] Three.js 进阶之旅:物理效果-碰撞和声音 - 掘金 (juejin.cn)
[6] pmndrs/cannon-es: A lightweight 3D physics engine written in JavaScript. (github.com)
[7] Cannon.js -- 3d物理引擎_cannon-es_acqui~Zhang的博客-CSDN博客
Three.js中实现碰撞检测的更多相关文章
- 5.0 JS中引用类型介绍
其实,在前面的"js的六大数据类型"文章中稍微说了一下引用类型.前面我们说到js中有六大数据类型(五种基本数据类型 + 一种引用类型).下面的章节中,我们将详细讲解引用类型. 1. ...
- 【repost】JS中的异常处理方法分享
我们在编写js过程中,难免会遇到一些代码错误问题,需要找出来,有些时候怕因为js问题导致用户体验差,这里给出一些解决方法 js容错语句,就是js出错也不提示错误(防止浏览器右下角有个黄色的三角符号,要 ...
- JS中给正则表达式加变量
前不久同事询问我js里面怎么给正则中添加变量的问题,遂写篇博客记录下. 一.字面量 其实当我们定义一个字符串,一个数组,一个对象等等的时候,我们习惯用字面量来定义,例如: var s = &quo ...
- js中几种实用的跨域方法原理详解(转)
今天研究js跨域问题的时候发现一篇好博,非常详细地讲解了js几种跨域方法的原理,特分享一下. 原博地址:http://www.cnblogs.com/2050/p/3191744.html 下面正文开 ...
- 关于js中的this
关于js中的this this是javascript中一个很特别的关键字,也是一种很复杂的机制,学习this的第一步就是要明白this既不指向函数自身也不指向函数的词法作用域,this实际上是函数被调 ...
- 表值函数与JS中split()的联系
在公司用云平台做开发就是麻烦 ,做了很多功能或者有些收获,都没办法写博客,结果回家了自己要把大脑里面记住的写出来. split()这个函数我们并不陌生,但是当前台有许多字段然后随意勾选后的这些参数传递 ...
- JS中 call() 与apply 方法
1.方法定义 call方法: 语法:call([thisObj[,arg1[, arg2[, [,.argN]]]]]) 定义:调用一个对象的一个方法,以另一个对象替换当前对象. 说明: call ...
- 在node.js中,使用基于ORM架构的Sequelize,操作mysql数据库之增删改查
Sequelize是一个基于promise的关系型数据库ORM框架,这个库完全采用JavaScript开发并且能够用在Node.JS环境中,易于使用,支持多SQL方言(dialect),.它当前支持M ...
- 分析js中的constructor 和prototype
在javascript的使用过程中,constructor 和prototype这两个概念是相当重要的,深入的理解这两个概念对理解js的一些核心概念非常的重要. 我们在定义函数的时候,函数定义的时候函 ...
- 如何在Node.js中合并两个复杂对象
通常情况下,在Node.js中我们可以通过underscore的extend或者lodash的merge来合并两个对象,但是对于像下面这种复杂的对象,要如何来应对呢? 例如我有以下两个object: ...
随机推荐
- Grafana系列-统一展示-8-ElasticSearch日志快速搜索仪表板
系列文章 Grafana 系列文章 概述 我们是基于这篇文章: Grafana 系列文章(十二):如何使用 Loki 创建一个用于搜索日志的 Grafana 仪表板, 创建一个类似的, 但是基于 El ...
- openstack部署2
检查服务,查看dashboard页面有哪些功能 检查服务状态 检查计算节点,控制节点服务是up状态 检查网络节点是True的状态.这里的每个计算节点,都是一个neutron的客户端. 查看dashbo ...
- Netty实战(二)
一.环境准备 Netty需要的运行环境很简单,只有2个. JDK 1.8+ Apache Maven 3.3.9+ 二.Netty 客户端/服务器概览 如图,展示了一个我们将要编写的 Echo 客户端 ...
- adb基本命令
adb基本命令 adb查看当前设备 adb devices adb覆盖安装app adb install -r 包地址 adb查看当前运行app的包名 adb shell "dumpsys ...
- 可视化生信分析利器 Galaxy 之 Docker 开发
1. 背景 我们常常会基于某个 image 来启动一个 container,在这个 container 中我们可能会执行某些操作,比如创建一个文件,但是当这个 container 退出以后,如果我们以 ...
- uniapp主题切换功能的第二种实现方式(scss变量+require)
在上一篇 "uniapp主题切换功能的第一种实现方式(scss变量+vuex)" 中介绍了第一种如何切换主题,但我们总结出一些不好的地方,例如扩展性不强,维护起来也困难等等,那么接 ...
- 使用numpy实现bert模型,使用hugging face 或pytorch训练模型,保存参数为numpy格式,然后使用numpy加载模型推理,可在树莓派上运行
之前分别用numpy实现了mlp,cnn,lstm,这次搞一个大一点的模型bert,纯numpy实现,最重要的是可在树莓派上或其他不能安装pytorch的板子上运行,推理数据 本次模型是随便在hugg ...
- ubuntu22.04下编译ffmpeg-6.0,并且激活x264编码功能。记录一下踩坑(ERROR: x264 not found using pkg-config)
一.编译x264(在编译前确保安装了pkg-config,默认在/usr/share下) 1.下载x264源代码:(我下载到了~/Downloads下,各位随意就好) git clone https: ...
- 一行命令使用 Docker 编译 Latex 文件,简单优雅
使用 Docker 编译 LaTeX 文章 LaTeX 是一种常用的排版系统,它可以帮助用户创建漂亮.专业的文档.但是,安装和配置 LaTeX 比较麻烦,特别是对于初学者而言. Docker 是一个开 ...
- python笔记:第二章基本数据类型
基本数据类型 Python中的数据类型可以分为五大类:字符串.数字.容器.布尔.None 1.字符串 可以使用单引号或双引号创建字符串,可以用加号将两个字符串合并 name = '小明' age = ...