feat(interact): DDA 射线拾取与玩家逐轴物理(含测试)

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NianGao Dev
2026-08-15 22:42:21 +08:00
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@@ -16,6 +16,7 @@ type Vertex struct {
}
// ChunkMesh 一个区块的三类网格(渲染.md §6 三 pass)。
// 每面 4 顶点(四边形),渲染层用索引缓冲扩为 2 三角形(顺序 0-1-2-2-3-0)。
type ChunkMesh struct {
Opaque []Vertex // 不透明(主 pass)
Cutout []Vertex // alpha test(树叶/玻璃)

114
internal/physics/player.go Normal file
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@@ -0,0 +1,114 @@
// Package physics 玩家 AABB 碰撞与逐轴移动(场景/物理与碰撞.md §2)。
//
// 核心:分轴解算(X → Z → Y),每轴移动后检测 AABB 与固体方块重叠,重叠则回退该轴。
// 不用物理引擎:体素世界自己写最快、最可控。
package physics
import "math"
// World 物理层所需的世界接口(与渲染/交互共用同一张 solid 判定表)。
type World interface {
// Solid 是否碰撞(台阶/栅栏等多 AABB 形状后置,MVP 按整方块判定)。
Solid(x, y, z int32) bool
// Fluid 是否液体(游泳/浮力判定)。
Fluid(x, y, z int32) bool
}
// Player 玩家实体(设计.md §7.1:宽 0.6、高 1.8、眼高 1.62)。
type Player struct {
Pos [3]float64 // 脚底坐标
Vel [3]float64 // 速度(方块/秒)
Width float64
Height float64
EyeHeight float64
OnGround bool // 落地
Submerged bool // 在液体中
Flying bool // 飞行模式
// 累积的位移余量(亚步进精度,防边界抖动)
rem [3]float64
}
// NewPlayer 创建默认玩家(站立尺寸)。
func NewPlayer(x, y, z float64) *Player {
return &Player{
Pos: [3]float64{x, y, z},
Width: 0.6,
Height: 1.8,
EyeHeight: 1.62,
}
}
// Move 逐轴移动(物理与碰撞.md §2.2):X → Z → Y,每轴独立碰撞回退。
func (p *Player) Move(w World, dx, dy, dz float64) {
p.OnGround = false
deltas := [3]float64{dx, dy, dz}
for _, axis := range [3]int{0, 2, 1} {
p.Pos[axis] += deltas[axis]
if p.Collides(w) {
p.Pos[axis] -= deltas[axis]
p.Vel[axis] = 0
if axis == 1 && deltas[axis] < 0 {
p.OnGround = true // 垂直下落被阻挡 = 落地
}
}
}
// 液体状态更新(头部/脚部任一在水里)
headY := p.Pos[1] + p.Height*0.6
p.Submerged = w.Fluid(int32(math.Floor(p.Pos[0])), int32(math.Floor(p.Pos[1]+0.3)), int32(math.Floor(p.Pos[2]))) ||
w.Fluid(int32(math.Floor(p.Pos[0])), int32(math.Floor(headY)), int32(math.Floor(p.Pos[2])))
}
// Collides 当前位置 AABB 是否与固体方块重叠(含边界 epsilon 防抖动)。
func (p *Player) Collides(w World) bool {
const eps = 1e-6
minX := int32(math.Floor(p.Pos[0] - p.Width/2 + eps))
maxX := int32(math.Floor(p.Pos[0] + p.Width/2 - eps))
minY := int32(math.Floor(p.Pos[1] + eps))
maxY := int32(math.Floor(p.Pos[1] + p.Height - eps))
minZ := int32(math.Floor(p.Pos[2] - p.Width/2 + eps))
maxZ := int32(math.Floor(p.Pos[2] + p.Width/2 - eps))
for x := minX; x <= maxX; x++ {
for y := minY; y <= maxY; y++ {
for z := minZ; z <= maxZ; z++ {
if w.Solid(x, y, z) {
return true
}
}
}
}
return false
}
// Eye 返回眼睛位置(相机位置)。
func (p *Player) Eye() [3]float64 {
return [3]float64{p.Pos[0], p.Pos[1] + p.EyeHeight, p.Pos[2]}
}
// Tick 重力与液体阻力积分(dt 秒;调用方随后调用 Move 应用位移)。
// 飞行/游泳模式由调用方在 Move 前覆写速度。
func (p *Player) Tick(w World, dt float64) {
const gravity = 32.0 // 方块/秒²
if !p.Flying {
if p.Submerged {
p.Vel[1] -= gravity * 0.3 * dt // 水中浮力近似
p.Vel[1] *= 1 - 2.0*dt // 阻力
} else {
p.Vel[1] -= gravity * dt
}
if p.Vel[1] < -64 {
p.Vel[1] = -64 // 终端速度
}
}
p.Move(w, p.Vel[0]*dt, p.Vel[1]*dt, p.Vel[2]*dt)
}
// Jump 起跳(仅落地时生效;约 1.25 方块高度)。
func (p *Player) Jump() {
if p.OnGround {
p.Vel[1] = 9.0
p.OnGround = false
}
}

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@@ -0,0 +1,61 @@
package physics
import "testing"
// planeWorld 测试世界:y < 63 全固体,y >= 63 空气;x == 5 一堵墙。
type planeWorld struct{}
func (planeWorld) Solid(x, y, z int32) bool {
return y < 63 || x == 5
}
func (planeWorld) Fluid(x, y, z int32) bool { return false }
// TestFallOntoGround 下落 → 停在 63 层顶部(浮点余量内),OnGround 置位。
func TestFallOntoGround(t *testing.T) {
w := planeWorld{}
p := NewPlayer(0.5, 80, 0.5)
for i := 0; i < 200; i++ {
p.Tick(w, 1.0/20)
}
if p.Pos[1] < 63 || p.Pos[1] >= 63.5 {
t.Fatalf("脚底期望 [63, 63.5),实际 %v", p.Pos[1])
}
if !p.OnGround {
t.Fatal("应判定落地")
}
}
// TestWallBlock 水平移动撞墙不穿墙(物理与碰撞.md §8 踩坑)。
func TestWallBlock(t *testing.T) {
w := planeWorld{}
p := NewPlayer(4.0, 63, 0.5) // 墙在 x=5,玩家宽 0.6(右缘 4.3)
p.Vel[0] = 10
p.Tick(w, 1.0/20)
if p.Pos[0]+p.Width/2 > 5 {
t.Fatalf("穿墙:右缘 %v 超过墙 x=5", p.Pos[0]+p.Width/2)
}
}
// TestJump 起跳与回落。
func TestJump(t *testing.T) {
w := planeWorld{}
p := NewPlayer(0.5, 63, 0.5)
p.Tick(w, 1.0/20) // 先落地判定
if !p.OnGround {
t.Fatal("初始应在地面")
}
p.Jump()
peak := 0.0
for i := 0; i < 100; i++ {
p.Tick(w, 1.0/20)
if p.Pos[1] > peak {
peak = p.Pos[1]
}
if p.OnGround && i > 5 {
break
}
}
if peak < 64.0 {
t.Fatalf("起跳高度过低: %v", peak)
}
}

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@@ -0,0 +1,74 @@
// Package raycast 体素射线拾取:DDA 步进(场景/方块交互与动画.md §2)。
//
// 返回三元组:hitBlock(被击中方块)、faceNormal(击中面法线)、prevBlock(放置位)。
// 客户端与服务器共用同一实现,保证双端判定一致。
package raycast
import "math"
// Hit 射线命中结果。
type Hit struct {
X, Y, Z int32 // 被击中的方块坐标
Face [3]int32 // 击中面法线(±1 单位向量)
Prev [3]int32 // 放置位 = 被击中方块 - 面法线
Dist float64 // 命中距离
}
// Solid 方块可交互判定回调(用注册表 IsSolid 等)。
type Solid func(x, y, z int32) bool
// Cast 从 origin 沿 dir 做 DDA 体素步进,最大距离 maxDist,返回首个 solid 命中。
// dir 应为单位向量;分量接近 0 时对应轴 tDelta 取 +Inf(不会在该轴步进)。
func Cast(origin, dir [3]float64, maxDist float64, solid Solid) (Hit, bool) {
x, y, z := int32(math.Floor(origin[0])), int32(math.Floor(origin[1])), int32(math.Floor(origin[2]))
// 基准取整值(负数安全:不能用 int32() 截断,-0.5 会被截成 0)
fx, fy, fz := math.Floor(origin[0]), math.Floor(origin[1]), math.Floor(origin[2])
var step [3]int32
var tDelta, tMax [3]float64
for i := 0; i < 3; i++ {
base := [3]float64{fx, fy, fz}[i]
switch {
case dir[i] > 0:
step[i] = 1
tDelta[i] = 1 / dir[i]
tMax[i] = (base + 1 - origin[i]) / dir[i]
case dir[i] < 0:
step[i] = -1
tDelta[i] = -1 / dir[i]
tMax[i] = (origin[i] - base) / (-dir[i])
default:
step[i] = 0
tDelta[i] = math.Inf(1)
tMax[i] = math.Inf(1)
}
}
var face [3]int32
dist := 0.0
for dist <= maxDist {
if solid(x, y, z) {
// 当前格命中:面法线 = 上一步进入方向
return Hit{X: x, Y: y, Z: z, Face: face, Prev: [3]int32{x - face[0], y - face[1], z - face[2]}, Dist: dist}, true
}
// 选择 tMax 最小的轴步进
switch {
case tMax[0] < tMax[1] && tMax[0] < tMax[2]:
dist = tMax[0]
x += step[0]
tMax[0] += tDelta[0]
face = [3]int32{-step[0], 0, 0}
case tMax[1] < tMax[2]:
dist = tMax[1]
y += step[1]
tMax[1] += tDelta[1]
face = [3]int32{0, -step[1], 0}
default:
dist = tMax[2]
z += step[2]
tMax[2] += tDelta[2]
face = [3]int32{0, 0, -step[2]}
}
}
return Hit{}, false
}

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@@ -0,0 +1,60 @@
package raycast
import "testing"
// solidAt 只在指定方块返回 solid。
func solidAt(sx, sy, sz int32) Solid {
return func(x, y, z int32) bool { return x == sx && y == sy && z == sz }
}
// TestCastDown 垂直向下命中顶面:face=(0,1,0),prev 在方块上方。
func TestCastDown(t *testing.T) {
h, ok := Cast([3]float64{0.5, 70, 0.5}, [3]float64{0, -1, 0}, 100, solidAt(0, 64, 0))
if !ok {
t.Fatal("应命中方块")
}
if h.X != 0 || h.Y != 64 || h.Z != 0 {
t.Fatalf("命中坐标异常: %+v", h)
}
if h.Face != [3]int32{0, 1, 0} {
t.Fatalf("面法线期望 (0,1,0),实际 %+v", h.Face)
}
if h.Prev != [3]int32{0, 65, 0} {
t.Fatalf("放置位期望 (0,65,0),实际 %+v", h.Prev)
}
}
// TestCastMiss 未命中(距离超限)。
func TestCastMiss(t *testing.T) {
if _, ok := Cast([3]float64{0.5, 70, 0.5}, [3]float64{1, 0, 0}, 3, solidAt(100, 70, 100)); ok {
t.Fatal("不应命中")
}
}
// TestCastDiagonal 沿 +z 直线命中方块北面(face=(0,0,-1))。
func TestCastDiagonal(t *testing.T) {
h, ok := Cast([3]float64{1.0, 0.5, -5}, [3]float64{0, 0, 1}, 20, solidAt(1, 0, 1))
if !ok {
t.Fatal("应命中")
}
if h.X != 1 || h.Z != 1 {
t.Fatalf("命中坐标异常: %+v", h)
}
if h.Face != [3]int32{0, 0, -1} {
t.Fatalf("面法线期望 (0,0,-1),实际 %+v", h.Face)
}
if h.Prev != [3]int32{1, 0, 0} {
t.Fatalf("放置位期望 (1,0,0),实际 %+v", h.Prev)
}
}
// TestCastNegative 负坐标区域命中(负坐标安全回归)。
func TestCastNegative(t *testing.T) {
h, ok := Cast([3]float64{-0.5, 70.5, -0.5}, [3]float64{0, -1, 0}, 100, solidAt(-1, 64, -1))
if !ok {
t.Fatal("负坐标应命中")
}
if h.X != -1 || h.Z != -1 {
t.Fatalf("负坐标命中异常: %+v", h)
}
}