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：

Jerry：UE4物理模块（一）---概述与可视化调试​zhuanlan.zhihu.com

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-DOP26-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-IcPZ8​www.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：

Jerry：UE4物理模块（三）---碰撞查询​zhuanlan.zhihu.com