UE4物理模块（一）---概述与可视化调试

UE4.21前的版本采用的是NVIDIA的PhysX做为其默认的物理引擎，用于计算3D世界的碰撞查询与物理模拟。自4.21版本开始改物理调用接口，但这并不是闲来重构代码，果然在2019GDC大会上放出了正在自建Chaos物理系统的消息，从4.22预览版中已经可以看到相关代码，官方预计4.23就可以开始使用，还是值得期待的。

最近打算重点研究下物理系统，知乎上已经有相当不错的研究报告了，强烈推荐看的是：

Jerish：《Exploring in UE4》物理模块浅析[原理分析]zhuanlan.zhihu.com

作者自己是花了很多功夫研读代码写成的，虽是浅析也非常详细。

此外还有：

祖年：UE4物理介绍zhuanlan.zhihu.com

以及代码贴得比较多的：

UE4物理引擎模块分析www.jianshu.com

也都值得看看。

我自己再写这块地方，自然会做到与几位前辈有区分度，也希望大家读后会有不同的体会。还是以问答的方式来阐述，会比较清晰些。

1. 什么是游戏中的物理系统？

游戏物理主要是解决两个问题，其一是碰撞查询（Query），比如我面前有一堵墙，我还可以走多远就会被撞到；其二是物理模拟（Simulation），比如游戏角度死亡后身体该如何倒下，飞驰的载具被路上的矮石墩碰到后如何表现等。

2. UE4是如何建立物理系统的？

目前版本还是依赖于第三方的PhysX，UE4自身提供PrimitiveComponent，拥有BodyInstance，上面记录了PhysX所需要的物理数据，会将这些信息传递给PhysX所创建的物理世界，然后由PhyX进行处理，并得到其返回的结果。

那么既然物理的结果涉及到UE4和三方PhysX，那出了问题该怎么查，自然就有如下问题了。

3. 如何Debug物理系统？

对于UE4，可以在跑起的游戏中按`（键盘左上角ESC的正下方）呼出控制台，然后单击show collision（会自动联想，差不多的时候按TAB键就补全了），如下图：

回车后就可以看到世界里面多了线条型的盒子，如下图：

这就是UE4里面提供给PhysX处理前的碰撞信息，我们称之为碰撞盒，它大致包住了物体模型。碰撞盒可以做的很简单（如上图用物体轮廓包围盒），也可以做的很复杂（如直接用物体模型本身三角面片），这个下一章就说。

对于PhyX，它对于UE4来说就是一个提供输入然后获取输出的黑盒，不过可以通过NVIDIA提供的PhysX Visual Debugger（PVD）来进行可视化调试，下载地址如下：

PhysX Visual Debuggerdeveloper.nvidia.com

需要注册账户才可以下载，安装成功后会看到软件的图标如下：

运行界面如下：

什么也没有，别急，我们在编辑器里跑起游戏，呼出控制台，然后输入pvd connect，如下：

过一会儿就可以按ESC停掉游戏，这时回到PVD软件窗口，就可以看到软件里面有东西显示出来了，是一个巨大的黄球，如下：

在右侧Setting栏里面把Sleeping objects给关掉，如下：

这样就可以看到与游戏内场景样子差不多的物理世界了，如下：

可以看到两个椅子，还有一个桌子，桌子上放着一个雕塑模型，这与之前在UE4里面按show collision得到的结果是一致的，是较为粗糙的轮廓包围盒，至于靠右的圆柱，那是玩家的出生点，因为有碰撞所以也会被物理世界采集到。

每一个物理对象在PhyX里面都对应一个PxRigid，如果这个对象是静态的，则是PxRigidStatic，在PVD里面绘制成红色；如果这个对象是动态的，则是PxRigidDynamic，在PVD里面绘制成黄色的。这里所有非休眠对象都是静态的，所以上图看上去都是红色的。可以选中其中的一个模型，比如左侧的椅子，可以看到左侧面板上列出了它对应的那个PxRigidStatic，id是163，如下：

展开这个PxRigidStatic，发现它有两个PxShape，展开Geometry，可以看到分别是凸包模型（ConvexMesh）与三角形模型（TriangleMesh），如下：

这实际上对应于这个椅子的两个碰撞盒，一个是简单碰撞盒凸包，一个是复杂碰撞盒模型自身三角形，这个会在下一章节介绍。PVD软件顶上还有一个显示帧数的拖拉条，如下：

右侧数字说明在物理世界里面总共有218帧，可以拖动显示前几帧内物理世界的变化，这个在分析动态物理对象时非常有用，但本示例都是静态物理对象，所以没啥变化。

这个PVD工具非常好用（虽然会常常崩溃），在以后的章节中会经常用到，这里只要知道用pvd connect命令进行物理世界可视化即可，了解下物体的碰撞盒。那么问题来了：

4. 物体的碰撞盒是如何建立的呢？

详见：

Jerry：UE4物理模块（二）---建立物体碰撞zhuanlan.zhihu.com

5. 两个物体靠近会发生什么呢？

详见：

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