使用 Amethyst Engine 實作小行星遊戲 - 8 使用 ncollide2d 實作碰撞

碰撞偵測應該也是許多遊戲內必要的元素之一，比如說我們的打小行星遊戲，就需要偵測雷射砲跟小行星的碰撞，以及小行星和太空船的碰撞。
簡單一點的土砲法，是用 for loop 把小行星跟電射砲的座標收集起來，太近的兩者把 entity 刪掉就行了；但我們畢竟身為專業的遊戲設計（才怪），用土砲法就太遜了，這裡我們用同樣是 rust 寫的 ncollide2d 套件來實作碰撞偵測。

因為 amethyst 內部包了一層 nalgebra 的關係，我們的 ncollide2d 用的版本必須是 0.21 版，我覺得這個問題挺…麻煩的，要自己去搜 amethyst 相依的 nalgebra 到底是哪個版本，然後對應回 ncollide2d 對應的版本。
為了識別每一個物件的屬性，我們在各個 entity 上面都加上一個新的 component：Collider，內含一個 enum 屬性；在每個 entity 上面都要附上這個 component 作為識別。

pub struct Collider {
  pub typ: ColliderType
}

pub enum ColliderType {
  Ship,
  Bullet,
  Asteroid,
}

從我們之前的教學文學到的 rule of thumb：要改變行為，就是加一個系統。

use ncollide2d::{
  bounding_volume,
  broad_phase::{DBVTBroadPhase, BroadPhase, BroadPhaseInterferenceHandler}
};

引入 ncollide2d 相關的模組。

#[derive(SystemDesc)]
pub struct CollisionSystem;

impl<'s> System<'s> for CollisionSystem {
  type SystemData = (
    Entities<'s>,
    ReadStorage<'s, Collider>,
    ReadStorage<'s, Ship>,
    ReadStorage<'s, Transform>,
  );

這段就只是宣告一下 system，因為有生命周期上色很麻煩所以獨立出一段來。

fn run(&mut self,
           (entities, colliders, ships, transforms): Self::SystemData) {

  // collect collider
  let mut broad_phase = DBVTBroadPhase::new(0f32);
  let mut handler = BulletAsteroidHandler::new();
  for (e, collider, _, transform) in (&entities, &colliders, !&ships, &transforms).join()  {
    let pos = transform.translation();
    let pos = Isometry2::new(Vector2::new(pos.x, pos.y), zero());
    let vol = bounding_volume::bounding_sphere( &Ball::new(5.0), &pos );
    broad_phase.create_proxy(vol, (collider.typ, e));
  }
  broad_phase.update(&mut handler);
  

新增一個 CollisionSystem，要動到有 Collider component 的 entity，讀位置需要 Transform。
上面顯示了 ncollide2d 提供的 DBVTBroadPhase 的碰撞偵測，它會把輸入的資料依照空間位置分到樹狀的結構上，更有效率的去偵測碰撞。
用 for loop 把所有非 ship 的 collider 取出來，從 transform 建立物體位置，再建立 ncollide2d 提供圓形 bounding_volume，這是 DBVTBroadPhase 偵測用的 key。
我們用 (ColliderType, Entity) 作為 value，ColliderType 是用來識別碰撞的物體型別，我們只希望偵測子彈跟小行星的碰撞，忽略其他像小行星自己的碰撞；Entity 則是在碰撞發生的時候，能夠追溯到是哪個 entity 發生碰撞。
最後只要呼叫 DBVTBroadPhase 的 update 並代入實作 BroadPhaseInterferenceHandler 的 struct 即可。下面就來實作 handler：

struct BulletAsteroidHandler {
  collide_entity: Vec<Entity>,
}

impl BulletAsteroidHandler {
  pub fn new() -> Self {
    Self {
      collide_entity: vec![],
    }
  }
}

type ColliderEntity = (ColliderType, Entity);

定義一下 type alias 寫起來比較方便：

impl BroadPhaseInterferenceHandler<ColliderEntity> for BulletAsteroidHandler {
  fn is_interference_allowed(&mut self, a: &ColliderEntity, b: &ColliderEntity) -> bool {
    a.0 != b.0
  }
  fn interference_started(&mut self, a: &ColliderEntity, b: &ColliderEntity) {
    self.collide_entity.push(a.1);
    self.collide_entity.push(b.1);
  }
  fn interference_stopped(&mut self, _a: &ColliderEntity, _b: &ColliderEntity) {}
}

is_interference_allowed 用來判斷這兩個物體能不能發生碰撞，這裡要求它們的 ColliderType 要不一樣；interference_started 則是碰撞發生時的處理，把兩個 entity 存起來；interference_stopped 處理碰撞結束的行為，留空就好

上面呼叫完 broad_phase.update(&mut handler) 之後，從 handler.collide_entity 就能拿到碰撞的 bullet 跟 asteroid，直接刪掉 entity 即可。

for e in handler.collide_entity {
  if let Err(e) = entities.delete(e) {
    error!("Failed to destroy collide entity: {}", e)
  }
}

這篇其實非常偷懶了，目前至少有下面兩點可以改進：

• 不用在 system 裡面產生新的 DBVTBroadPhase 並重新插入 proxy，應該把碰撞偵測當成一個 resource，每次只要更新 DBVTBroadPhase 內記錄的位置，速度應該會比我們這樣從頭打造一個快。
• 將 bounding_volume 存在 Collider 裡面，而不是每個東西都是單一尺寸的圓形，這樣也不用每次都重新生成新的 bounding_volume，從 Collider 裡面拿就可以了。

不過在我們這個小遊戲上還不需要在意這個，做完這一大步，現在遊戲已經有個可以玩的樣子了……雖然我立刻發現它難度有點太高了，我通常撐不到十秒，放不出 C8763，不過這只需要我們動一些參數，最後再來調整就好了。