高速移动的圆形物体会不会在两帧之间相撞:十组相对运动的最近距离(实例15)
只检查一帧开头和结尾,可能漏掉中间发生的接触。两个圆形物体都在运动时,可以先减去其中一个的运动,把问题变成一个相对位置沿直线移动的圆。
固定规则与输入
时间范围零至一,初始相对位置为p,相对位移为v,两圆半径和为R。考察p加tv的长度平方,取整个时间段最小值,再与R平方比较,等于也算接触。
十组独立实验,时间均为零至一;最近时刻不等于首次接触时刻。
逐步观察结果
实验1相对初位[-10, 0]、位移[20, 0]、半径和1,最近时刻1/2,该时刻相对位置['0', '0'],距离平方0;两端距离平方[100, 100],整个时段接触True。
实验2相对初位[4, 2]、位移[0, 0]、半径和2,最近时刻0,该时刻相对位置['4', '2'],距离平方20;两端距离平方[20, 20],整个时段接触False。
实验3相对初位[-6, -2]、位移[7, 5]、半径和1,最近时刻26/37,该时刻相对位置['-40/37', '56/37'],距离平方128/37;两端距离平方[40, 10],整个时段接触False。
实验4相对初位[0, -7]、位移[-2, 3]、半径和1,最近时刻1,该时刻相对位置['-2', '-4'],距离平方20;两端距离平方[49, 20],整个时段接触False。
实验5相对初位[-9, -4]、位移[1, 7]、半径和1,最近时刻37/50,该时刻相对位置['-413/50', '59/50'],距离平方3481/50;两端距离平方[97, 73],整个时段接触False。
实验6相对初位[9, 0]、位移[5, -6]、半径和2,最近时刻0,该时刻相对位置['9', '0'],距离平方81;两端距离平方[81, 232],整个时段接触False。
实验7相对初位[2, 5]、位移[10, -8]、半径和3,最近时刻5/41,该时刻相对位置['132/41', '165/41'],距离平方1089/41;两端距离平方[29, 153],整个时段接触False。
实验8相对初位[9, 0]、位移[4, 8]、半径和2,最近时刻0,该时刻相对位置['9', '0'],距离平方81;两端距离平方[81, 233],整个时段接触False。
实验9相对初位[10, -5]、位移[7, 0]、半径和5,最近时刻0,该时刻相对位置['10', '-5'],距离平方125;两端距离平方[125, 314],整个时段接触False。
实验10相对初位[8, 7]、位移[7, 8]、半径和1,最近时刻0,该时刻相对位置['8', '7'],距离平方113;两端距离平方[113, 450],整个时段接触False。
第一组专门展示两端都分离、中间却相遇的情况,第二组检验相对静止。距离平方可以直接比较,避免为判断是否接触而引入不必要的开方。
独立复核
长度平方是二次函数。若相对位移不为零,候选时刻为负的p与v点积除以v的长度平方,再限制到零至一。复核时应比较候选点与两个端点,并区分起初就重叠与途中才接触。
复核时先保留本例输入,再自己写出中间状态。若结果不同,应从最早出现差异的位置检查,尤其留意边界是否包含、索引从哪里开始、取整何时发生,以及是否使用了尚未更新的旧状态。计算得到的结论仅适用于已经说明的规则,修改规则后需要重新验证。
适用范围
这个模型只处理匀速圆形轮廓,不计算碰撞后速度,也不求首次接触的精确时间。加速、旋转或不规则轮廓需要其他处理,不能直接把本例的最近时刻当成碰撞发生时刻。