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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18)

2026-11-06

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2,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[5, 2]、位移[-9, -2]、半径和1,最近时刻49/85,该时刻相对位置['-16/85', '72/85'],距离平方64/85;两端距离平方[29, 16],整个时段接触True。

实验4相对初位[3, -4]、位移[2, 3]、半径和4,最近时刻6/13,该时刻相对位置['51/13', '-34/13'],距离平方289/13;两端距离平方[25, 26],整个时段接触False。

实验5相对初位[6, -8]、位移[10, -11]、半径和1,最近时刻0,该时刻相对位置['6', '-8'],距离平方100;两端距离平方[100, 617],整个时段接触False。

实验6相对初位[9, 6]、位移[9, -2]、半径和3,最近时刻0,该时刻相对位置['9', '6'],距离平方117;两端距离平方[117, 340],整个时段接触False。

实验7相对初位[-8, -8]、位移[-4, -11]、半径和4,最近时刻0,该时刻相对位置['-8', '-8'],距离平方128;两端距离平方[128, 505],整个时段接触False。

实验8相对初位[10, -6]、位移[-3, -8]、半径和4,最近时刻0,该时刻相对位置['10', '-6'],距离平方136;两端距离平方[136, 245],整个时段接触False。

实验9相对初位[-1, 1]、位移[-10, -5]、半径和4,最近时刻0,该时刻相对位置['-1', '1'],距离平方2;两端距离平方[2, 137],整个时段接触True。

实验10相对初位[-5, 3]、位移[-3, -10]、半径和4,最近时刻15/109,该时刻相对位置['-590/109', '177/109'],距离平方3481/109;两端距离平方[34, 113],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。