阅 物理模块浅析[原理分析] 自我摘录

Posted 2021-11-23 ccsu_deer

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目录

一．Mesh组件与物理

二．物理的创建时机

2.1 UStaticMeshComponent的物理创建

2.2 USkeletalMeshComponent的物理创建

三．物理对象的移动

四．UE4与PhysX

4.1 简单碰撞的物理创建

4.2 复杂碰撞的物理创建

4.3 物理创建的后续工作

五．物理约束Constraint

5.1 简单理解物理约束的原理

5.2 物理对象自身约束

5.3 物理约束Actor

5.4 物理约束组件

5.5 SkeletalMesh中的物理约束调整

5.6 UE中的物理约束

六．物理材质

一．Mesh组件与物理

首先，在游戏中常见的带有物理的物体一般有5种，虽然这5种类型本质上产生物理的规则都大同小异，但为了方便我们只针对StaticMesh与SkeletalMesh来总结。

1.胶囊体一类（USphereComponent，UBoxComponent，UCapsuleComponent）

2.静态网格物体StaticMesh

3.骨骼网格物体SkeletalMesh

4.Landscape地形

5.PhysicsVolume（BrushComponent）

任何Actor上面都可以挂上N多个组件，因此一个玩家身上就可以有多个UStaticMeshCompnent与USkeletalMeshCompnent（一般还有一个胶囊体作为根组件）。举个简单的例子，玩家自身的模型是一个USkeletalMeshCompnent，然后身上的衣服装备就可以用一个UStaticMeshCompnent来表示。二者最大的差别就是SkeletalMesh可以产生动画，因此他自身的每个骨骼物理也就需要跟随动画而改变，所以相比StaticMesh要复杂不少。

对于一个静态网格物体StaticMesh，他的物理一般在建模软件里面就应该创建好，导入到编辑器时UE就会根据导入的数据创建物理信息，当然UE4本身也提供了物理碰撞的创建，如图1-1所示。不过无论哪种做法，本质上都是在编辑器里给UStaticMeshComponent构建一个UBodySetup，在开始游戏的时候在创建运行时的基本物理数据UBodyInstance。 

对于骨骼网格物体SkeletalMesh，由于数据比较多，他的物理数据存储在PhysicsAsset里面。在游戏运行的时候，SkeletalMeshComponent会读取物理资产里面的数据UBodySetup随后再通过UBodySetup给角色创建对应的基本物理数据UBodyInstance。

下面的图片描述了Mesh、 Component与物理基本类的基本关系

三．物理对象的移动

在UE里面，移动逻辑是通过移动组件来完成的。一般来说，一个可移动角色身上要至少挂一个移动组件（控制移动），一个胶囊体组件（也可以是球形等，作为移动组件控制的对象）。

胶囊体身上挂载着简单类型的物理碰撞，移动时必须要带着其身上的物理一起移动。图3-1是移动组件触发物理移动的调用堆栈。简单描述一下，移动组件通过调用胶囊体的InternalSetWorldLocationAndRotation来真实的更新其位置与旋转，更新后会通过函数OnUpdateTransform来触发其物理对象的更新，即UPrimitiveComponent::SendPhysicsTransform。这一步会执行胶囊体身上对应的BodyInstance位置与旋转的更新，再深入一些就是更新物理引擎里面的PxRigidActor对象了。 

四．UE4与PhysX

前面我们已经了解到BodyInstance在UE逻辑里是一个运行时的物理的基本单位。而实际在PhysX引擎中，也同样存在一个物理基本单位，这个物理单位就PxRigidActor。一个BodyInstance对应一个PxRigidActor（实际上就是BodyInstance::InitBody时创建一个对应的PxRigidActor），这样我们就可以将UE引擎与PhysX引擎结合起来使用了。

这个问题确实值得我们深思，而且不同情况下检测的方法是不一样的。举个例子，想知道两个球是否产生碰撞，那么只要判断两个球心的距离就可以了。而两个复杂模型的碰撞，可能需要通过判断两个三角面是否有交集来判断。我这里提出这个问题，只是想提醒大家，物理引擎里面的Actor也一样需要知道其本身的形状，然后进一步来处理碰撞逻辑。所以，在创建一个基本物理单位PxRigidActor之后，我们还需要给其创建基本的几何形状（在引擎里面叫做Shape），这个逻辑的处理就在函数UBodySetup::AddShapesToRigidActor（新版本叫UBodySetup::AddShapesToRigidActor_AssumesLocked）。看到这个函数，我们就知道Shape是通过UBodySetup来创建的，同时这个几何形状的数据也是存储在UBodySetup里面的。

PhysX里面提供的类型有下面几种，官方声称前四种是简单碰撞，第五种是复杂碰撞，而实际上凸面体碰撞的处理与三角面相似，所以也可以理解为复杂碰撞：

2. PxSphereGeometry 球形
3. PxBoxGeometry 盒子
4. PxCapsuleGeometry 胶囊体（SkeletalMesh常用）
5. PxConvexMeshGeometry 凸面体
6. PxTriangleMeshGeometry 三角面