UE4物理模块(二)---建立物体碰撞

在前文中介绍了什么是物理以及如何在UE4和PhysX中进行可视化调试:

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这里调试只谈到了碰撞盒(后续还会有场景查询等调试介绍),那么如何创建物体的碰撞盒呢?

碰撞既可以在3D Max中创建成.fbx文件然后导入UE4,也可以用UE4内建的模型工具进行生成。我们以示例场景中摆在桌上的雕塑为例,选中后,双击右侧Static Mesh图片就可以打开模型编辑器了,如下图:

在上面工具栏里面有一个Collision,单击后可以看到可选显示简单碰撞与复杂碰撞:

按照PhysX中的定义,物体的碰撞分为简单碰撞与复杂碰撞,复杂碰撞就是拿物体模型面片作为碰撞盒,除此之外的都是简单碰撞。

钩选简单碰撞后,可以看到类似于下图(不一定一样,因为我改过了),是比较粗糙的模型轮廓包围盒:

去掉简单碰撞,钩选复杂碰撞,会看下密密麻麻的三角面片,如下图:

这是物体的精确碰撞,也就是PhyX定义的复杂碰撞。复杂碰撞一般就是物体的模型面片本身,除非模型改变,否则碰撞就是这样;简单碰撞的花样则比较多,在上面的菜单栏里面有一个“collision”,单击后可见下拉列表如下:

包含有从Add Sphere Simplified Collision到Add 26DOP Simplified Collision共8种预设碰撞,以及可调参数的第9种自动凸包工具(Auto Convex Collision)。我们可以分成三大类,第一类是基本几何体碰撞,包括球碰撞,胶囊碰撞和盒形碰撞;第二类是k-DOP碰撞,在盒形简单碰撞基础上添加更多的轴逼近物体;第三类是自动凸包生成工具,可以调的参数包括生成最多凸包个数(最小是2个),以及每个凸包顶点的最大数量(最小是6个)。下面先来看下基本几何体碰撞。在看之前要将视图切成简单碰撞:

并把之前生成的简单碰撞去掉,选择Remove Collision就可以清掉所有简单碰撞了,也可以先选中某一个碰撞盒,然单击这里的Delete Selected Collision:

球简单碰撞如下:

胶囊体简单碰撞如下:

盒形简单碰撞如下:

其中盒形碰撞又可称之为6-DOP碰撞,那么如何理解k-DOP碰撞模型呢?DOP全称是

Discrete Oriented Polytope,即离散有向多面体,k是它的轴数量。以一张2D图像为例:

以轴对齐方式建立包围盒,只需要绿色与橙色四个对齐轴即可(可以将绿轴理解为X轴,将橙轴理解为Y轴),如下图:

这就是4-DOP,想要成3D图片,对齐轴要换成平面,这样就需要多出前后两个面来限制厚度,所以是6-DOP(恰好对应于盒子的六个面)。我们把这种与XYZ轴对齐的划分包围盒称为AABB盒。

回到2D图片上,如果想要更精确呢,可以再加四条线,但这四条线不再与XY轴对齐了,如下图所示:

蓝色与紫色是新加的轴,这样截出来的包围盒就更精确了,如下图红色框所示:

总共有8个轴来切出这个包围盒,因此称之为8-DOP,扩展到3D,就是18-DOP(怎么数?可以非平行轴数量,然后乘以2:对于方盒前面和后面来说,是XY两个轴+左斜边一个轴+右斜边一个轴,就是四个轴;对于方盒左面和右面来说,左斜边一个轴+右斜边一个轴,就是两个轴;对于方盒顶面和底面来说,左斜边一个轴+右斜边一个轴,也是两个轴;最后再补上厚度Z轴,就是2(前后斜边)+2(左右斜边)+2(顶底斜边)+3(XYZ)=9,再乘以2考虑到平行轴,就是18个轴了)。

如果分别只考虑某一面的斜边,即2(某一面斜边)+3(XYZ)=5,乘以2得10,就是编辑器里面说的10-DOP的缘由了:

下面截图示意下,10DOP-X情况,我把坐标也标出来了,注意区分:

是垂直于X切的左斜和右斜边,下面是10DOP-Y:

以及10DOP-Z:

为了方便理解,我再把左右斜边也标注下(其实是斜平面):

至于18-DOP(每面都有斜边)与26-DOP(除了边还有角也细分),也贴出来示例下:

18-DOP
26-DOP

一般来说,做到18-DOP就已经差不多了。

自动凸包工具如下:

可以改目标凸包个数,以及每个凸包最大顶点数。HullCount表示最多凸包个数,最少是2,MaxHullVerts表示每个凸包最多的顶点个数,最少是6。我们按2和6来自动生成凸包,可见:

注意到底座几乎没有覆盖到碰撞(貌似与凸包算法有关,将凸包数量调大也不能覆盖),上半身覆盖的不完整,这是因为凸包个数不够的原因。我们采用默认的4个凸包和16个顶点数量生成,如下:

可以看到碰撞的精细度立刻就上来了,生成的凸包是可以用手拖动的,我们将之分离:

可以看到这个自动凸包工具是生成了三个凸包(数字4表示生成凸包个数的上限,不一定会正好生成4个凸包),并且每个凸包的顶点数量不会超过16。

既然可以手拖碰撞,那我们也可以在UE里面使用第十种生成碰撞的方法:人工生成。还是以这个雕塑模型为例,我们添加两个盒形碰撞和一个球形碰撞,并适当绽放和移动位置,就可以得到近似的碰撞如下:

保存一下,回到编辑器里Play In Editor,然后在控制台show collision可见碰撞已经被修改:

用pvd connect可视化样子上差不多,但有些模型重合的样子,这是因为叠加了mesh复杂碰撞:

选中这个模型,可以在左侧面板上看到详细的碰撞信息,此时碰撞PxShape个数是四个,分别是球,盒形柱身与盒形底座这三个简单碰撞,再加上mesh自身的复杂碰撞(旁边未修改过的椅子只有两个PxShape,对应一个简单碰撞和一个复杂碰撞)。

虽然UE4的show collision没有看到复杂碰撞,但PhysX建立的物理世界里却保留了这个复杂碰撞,后面在谈到物理Query时会说及啥时启用复杂碰撞,不过有一些基本概念还是要明确的,那就是碰撞复杂度越高,检测结果越精确,但性能越差。网上有Unity引擎下的一个大概检测结果视频,链接如下(需翻墙):

https://www.youtube.com/watch?v=u_fVE-IcPZ8www.youtube.com

我这里截几帧图(版权归Three Eyed Games):

对于球形碰撞:

两万只模型同时掉落后某种运算时间是29.7ms:

对于复杂碰撞(mesh作碰撞)运算时间是71.8ms:

对于18-DOP碰撞而言,运算时间是44.5ms:

所以与预想的一样,性能消耗是复杂mesh碰撞>k-DOP>球碰撞。

那么如果想在任何时候都不想启用复杂碰撞的话该如何做?在模型编辑器里,UE提供了配置方法如下:

默认是ProjectDefault,这个在ProjectSetting里面默认配置成了Simple And Complex:

这样带入PhysX的既有简单碰撞,也有复杂碰撞了。如果我们选择第三个:Use Simple Collision As Complex,那么复杂mesh碰撞就不会带入PhysX了,选中后我们在PVD里面看下:

果然复杂mesh碰撞已经没有了,PxShape简化成了三个拼接的简单碰撞。如果选择了Use Complex Collision As Simple,那么简单碰撞就不会带入PhysX,如下:

顺道提一下UE模型编辑器里面的CollisionPresets:

如果下面所有通道都是Ignore的话,PhysX就不会创建这个模型的碰撞信息,具体放到下一章节来说:

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编辑于 2019-03-29

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