MuJoCo物理引擎中的微尺度碰撞检测问题解析

问题现象描述

在MuJoCo物理引擎的3.2.0版本中，当模拟微尺度物体（尺寸在0.001量级）的碰撞时，会出现物体穿透现象。典型表现为：

1. 球体与斜面碰撞时直接穿透而非滚动
2. 微尺度立方体之间碰撞时出现非物理穿透
3. 该现象在降低时间步长、改用平面碰撞体等常规优化手段下仍无法解决

技术原理分析

经过核心开发团队验证，该问题属于碰撞检测系统的固有缺陷：

1. 几何精度限制：MuJoCo的碰撞检测算法在处理微米级物体时，由于浮点运算精度限制，可能导致接触点计算不准确

2. 接触力计算模型：默认的solref参数（0.002 1）对微尺度物体过于"柔软"，需要调整为更刚性的参数（0.004 1）才能保持稳定

3. 形状特异性：

   • 球体碰撞比立方体更易出现穿透
   • 增大物体尺寸可缓解问题
   • 使用box几何体比sphere更稳定

4. 历史沿革：该问题至少存在于2.3.7以来的所有版本，说明是底层架构限制

临时解决方案

对于必须使用微尺度模型的场景，建议：

1. 参数调整：

<default class="collision">
    <geom solimp="0.98 0.99 0.0001" solref=".004 1"/>
</default>

2. 几何体选择：

• 优先使用box代替sphere
• 适当增大几何尺寸

3. 动力学设置：

• 为活动关节添加align="true"属性
• 增加约束刚度

未来改进方向

MuJoCo开发团队已确认：

1. 正在进行碰撞检测管线的全面重构
2. 预计1-2个月内发布新版本
3. 已将相关测试用例纳入验证集

该改进将从根本上解决微尺度模拟的稳定性问题，为微机电系统(MEMS)、细胞力学等领域的仿真提供更好支持。