three.js利用射线Raycaster进行碰撞检测

学习碰撞检测之前，我们先了解一下Raycaster类
Raycaster 应该翻译为“光线投射”，顾名思义，就是投射出去的一束光线。 

Raycaster的构造函数如下

Raycaster( origin, direction, near, far ) {
origin — 射线的起点向量。
direction — 射线的方向向量，应该归一化。
near — 所有返回的结果应该比 near 远。Near不能为负，默认值为0。
far — 所有返回的结果应该比 far 近。Far 不能小于 near，默认值为无穷大。

使用Raycaster进行碰撞检测
用Raycaster来检测碰撞的原理很简单，我们需要以物体的中心为起点，向各个顶点（vertices）发出射线，然后检查射线是否与其它的物体相交。如果出现了相交的情况，检查最近的一个交点与射线起点间的距离，如果这个距离比射线起点至物体顶点间的距离要小，则说明发生了碰撞。

这个方法有一个  缺点 ，当物体的中心在另一个物体内部时，是不能够检测到碰撞的。而且当两个物体能够互相穿过，且有较大部分重合时，检测效果也不理想。 

还有需要  注意 的一点是：在Three.js中创建物体时，它的顶点（veritces）数目是与它的分段数目相关的，分段越多，顶点数目越多。为了检测过程中的准确度考虑，需要适当增加物体的分段。 

检测光线是否与物体相交使用的是  intersectObject 或  intersectObjects 方法: 

.intersectObject ( object, recursive )
 
//object — 检测该物体是否与射线相交。
//recursive — 如果设置，则会检测物体所有的子代。

相交的结果会以一个数组的形式返回，其中的元素依照距离排序，越近的排在越前.

这样通过对数组中的元素进行处理，就能得出想要的结果。

intersectObjects 与  intersectObject 类似，除了传入的参数是一个数组之外，并无大的差别。

/**
 *  功能：检测 movingCube 是否与数组 collideMeshList 中的元素发生了碰撞
 * 
 */
var originPoint = movingCube.position.clone();
 
for (var vertexIndex = 0; vertexIndex < movingCube.geometry.vertices.length; vertexIndex++) {
    // 顶点原始坐标
    var localVertex = movingCube.geometry.vertices[vertexIndex].clone();
    // 顶点经过变换后的坐标
    var globalVertex = localVertex.applyMatrix4(movingCube.matrix);
    // 获得由中心指向顶点的向量
    var directionVector = globalVertex.sub(movingCube.position);
    
    // 将方向向量初始化
    var ray = new THREE.Raycaster(originPoint, directionVector.clone().normalize());
    // 检测射线与多个物体的相交情况
    var collisionResults = ray.intersectObjects(collideMeshList);
    // 如果返回结果不为空，且交点与射线起点的距离小于物体中心至顶点的距离，则发生了碰撞
    if (collisionResults.length > 0 && collisionResults[0].distance < directionVector.length()) {
        crash = true;   // crash 是一个标记变量
    }
}

在Three.js中是使用矩阵来记录3D转换的，每一个Object3D的实例都有一个矩阵，存储了位置position，旋转rotation和伸缩scale。

var globalVertex = localVertex.applyMatrix4(movingCube.matrix);

这一句代码将物体的本地坐标乘以变换矩阵，得到了这个物体在世界坐标系中的值，处理之后的值才是我们所需要的。

下面是一个测试的完整实例：

index.html

Main.js

var scene,camera,controls,renderer,cube,originPoint;
var WIDTH,HEIGHT;
var objects = [];
//创建渲染器
function initRenderer(){
    WIDTH = window.innerWidth;
    HEIGHT = window.innerHeight;
    renderer = new THREE.WebGLRenderer({
        antialias:true,
    });
    renderer.setSize(WIDTH,HEIGHT);
    renderer.setPixelRatio(WIDTH/HEIGHT);
    document.getElementById('canvas-frame').appendChild(renderer.domElement);

}
//创建场景
function initScene(){
    scene = new THREE.Scene();
    scene.background = new THREE.Color( 0xf0f0f0 );
}
//创建相机
function initCamera(){
    camera = new THREE.PerspectiveCamera(50,WIDTH/HEIGHT,1,10000);
    camera.position.set(0,0,1000);
    camera.lookAt(0,0,0);
}
//创建光源
function initLight(){
    // 方向光
    var directionalLight = new THREE.DirectionalLight( 0xffffff, 0.5 );
    scene.add( directionalLight );
    // 环境光
    scene.add( new THREE.AmbientLight( 0x505050 ) );
}
//创建对象
function initObject(){
    var geometry = new THREE.BoxBufferGeometry( 40, 40, 40 );

    for ( var i = 0; i < 2; i ++ ) {

        var object = new THREE.Mesh( geometry, new THREE.MeshLambertMaterial( { color: Math.random() * 0xffffff } ) );
        //随机位置
        object.position.x = Math.random() * 1000 - 500;
        object.position.y = Math.random() * 600 - 300;
        object.position.z = Math.random() * 800 - 400;
        //随机角度
        object.rotation.x = Math.random() * 2 * Math.PI;
        object.rotation.y = Math.random() * 2 * Math.PI;
        object.rotation.z = Math.random() * 2 * Math.PI;
        //随机大小
        object.scale.x = Math.random() * 2 + 1;
        object.scale.y = Math.random() * 2 + 1;
        object.scale.z = Math.random() * 2 + 1;
        //开启阴影
        object.castShadow = true;
        object.receiveShadow = true;

        scene.add( object );
        // 放入数组
        objects.push( object );

    }
    // 
    var geometry = new THREE.BoxGeometry( 80, 80, 80 );
    var material = new THREE.MeshLambertMaterial( {color: 0xfff000} );
    cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
    scene.add( cube );
    /**
     * .clone () : Vector3
     *  返回一个新的Vector3，其具有和当前这个向量相同的x、y和z。
     */
    originPoint = cube.position.clone();

}
//创建控制器
function initControls(){
    //	TrackballControls 轨迹球控件，最常用的控件，可以使用鼠标轻松的移动、平移，缩放场景。
    controls = new THREE.TrackballControls( camera );
    controls.rotateSpeed = 1.0;// 旋转速度
    controls.zoomSpeed = 1.2;// 缩放速度
    controls.panSpeed = 0.8;// 平controls
    controls.noZoom = false;
    controls.noPan = false;
    controls.staticMoving = true;// 静止移动，为 true 则没有惯性
    controls.dynamicDampingFactor = 0.3;// 阻尼系数 越小 则滑动越大
    // DragControls 初始化拖拽控件
    var dragControls = new THREE.DragControls( objects, camera, renderer.domElement );
    // 开始拖拽
    dragControls.addEventListener( 'dragstart', function () {

        controls.enabled = false;

    } );
    // 拖拽结束
    dragControls.addEventListener( 'dragend', function () {

        controls.enabled = true;

    } );
}

function initThree(){
    initRenderer();
    initScene();
    initCamera();
    initLight();
    initObject();
    initControls();
    animation();
}
//循环
function animation(){
    requestAnimationFrame(animation);
    renderer.render(scene,camera);
    // 更新控制器
    controls.update();
    // 循环碰撞检测
    for (var i = 0; i < cube.geometry.vertices.length; i++) {
        // 顶点原始坐标
        var localVertex = cube.geometry.vertices[i].clone();
        // 顶点经过变换后的坐标
        //  matrix 局部变换矩阵。   applyMatrix4 并返回新Matrix4(4x4矩阵)对象.
        var globalVertex = localVertex.applyMatrix4(cube.matrix);
        // 获得由中心指向顶点的向量
        var directionVector = globalVertex.sub(cube.position);
        // 将方向向量初始化
        var ray = new THREE.Raycaster(originPoint, directionVector.clone().normalize());
        // 检测射线与多个物体的相交情况
        var collisionResults = ray.intersectObjects(objects);
        // 如果返回结果不为空，且交点与射线起点的距离小于物体中心至顶点的距离，则发生了碰撞
        if (collisionResults.length > 0 && collisionResults[0].distance < directionVector.length()) {
            console.log('碰撞！');
        }
    }
    
}