В любом 2D-платформере, файтинге или даже простой аркаде столкновения — это основа игрового процесса. Пол, стены, враги, платформы — всё это работает благодаря системе обработки столкновений. Но на самом деле, такие системы используются не только в играх: любая графическая среда, где объекты взаимодействуют друг с другом (например, UI-анимации или симуляции), тоже опирается на схожие принципы.
В этой статье я хочу разобрать способ создания своего обработчика столкновений.
Как столкновения связаны с движением?
Обработка столкновений всегда идёт рука об руку с перемещением объектов. Если персонаж движется вправо, нужно проверить, не упрётся ли он в стену. Но мало просто обнаружить столкновение — важно правильно на него отреагировать. Например, если игрок прыгает и ударяется головой о блок, он должен остановиться, а не пройти сквозь него.
Объекты и субъекты: кто на кого влияет?
Чаще всего система делит объекты на две категории: влияющие (например, стены, платформы) и субъекты (персонаж, враги, пули). Это упрощает логику, ведь не все объекты должны реагировать на столкновения одинаково. Однако, бывают исключения. Например, если два врага сталкиваются, одного из них можно временно считать "влияющими", то есть объектом.
Главная задача — не просто найти пересечение объектов, а предсказать возможность столкновения и выбрать правильную реакцию. Как было сказано ранее, если персонаж движется в сторону стены, система должна остановить его до фактического пересечения, а не после. Однако, это далеко не единственное (хотя и наиболее часто используемое применение) обработчика столкновений: тут мы имеем дело с триггером-функций, получающей входной набор данных.
Проблемы с направлениями и диагоналями
В 2D-пространстве есть всего четыре основных направления движения (вверх, вниз, влево, вправо), и по отдельности они работают отлично. Но при диагональном движении могут возникать конфликты: если субъект-персонаж движется вверх-вправо, но справа есть стена, а сверху — нет, система может ошибочно заблокировать оба направления, что, безусловно, отрицательно сказывается на процессе. Это надо учитывать.
Оптимизация проверки столкновений
Самый простой, но ресурсоёмкий способ — проверять пересечение всех прямоугольников (AABB-коллизии) между собой. Но есть способы повышения эффективности:
- Проверять только ближайшие объекты, а не все на сцене.
- Вместо сторон прямоугольников анализировать угловые точки субъекта: если они попадают в другой объект, значит, столкновение есть.
- Если субъектов несколько (например, несколько игроков), некоторые временно (а иногда и постоянно) рассматриваются как объекты.
Особые случаи и подводные камни
Иногда возникают противоречивые ситуации: например, персонажа зажимает с двух сторон, или он "проваливается" сквозь пол. Это может быть багом или специальной механикой (как в некоторых головоломках). В данном случае ничего не остаётся, кроме как прописать особое поведение триггера. В некоторых играх, например Megaman 3, попадание между блоками ни на что не влияет: после "провала" игрок может свободно идти сквозь стены. В других - это моментальная гибель персонажа.
Также, есть дополнительные факторы, про которые нельзя забывать:
- Внешние силы (гравитация, инерция), которые влияют на субъекты.
- Порядок проверки столкновений — что обрабатывается в первую очередь.
- Блокирующие реакции, которые могут зацикливать игру (например, если два объекта бесконечно отталкивают друг друга). Для этого можно добавить "окно неуязвимости" на короткое время после столкновения.
И хотя это лишь косвенно связанные с обработчиком столкновения явления, однако, о них следует помнить и, по возможности, учитывать при создании своего обработчика.
Тестирование — залог стабильности
Ошибки в обработке столкновений бывают трудноуловимыми: например, персонаж может застревать в текстурах или проходить сквозь стены. Поэтому тестирование базовых механик обязательно. Автоматизированные проверки (юнит-тесты) помогают убедиться, что система работает корректно. И, по собственному опыту могут добавить, тестирование поведения базовых объектов сразу после их написания, помогает не только выловить ошибки, которые, скорее всего, будут (где-то переменную не так обозвали, где-то индекс -1 забыли или добавили), но и обнаружить недостатки алгоритмов.
Вывод
Обработка столкновений — это не просто "физика для игр", а сложная система, требующая продуманного подхода. От её реализации зависит, насколько комфортно будет играть. Правильная оптимизация и тестирование помогут избежать багов и сделать геймплей плавным и предсказуемым.
P.S.
Я уже несколько раз порывался написать свой обработчик столкновений, но каждый раз получалось не совсем то, что хотелось: он быстро превращался в движок, определяющий слишком много правил поведения и ограничений, что не соответствовало духу идеи. Недавно, в рамках подготовки к новому проекту, я практически закончил очередную версию и, как мне кажется, она оказалась более удачная, чем прежние. Думаю, в скором времени я расскажу и про проект, и про применение библиотеки столкновений.