MuJoCo MJX物理引擎中的弹性碰撞问题分析与修复

在物理仿真领域，MuJoCo作为一款高性能的物理引擎被广泛应用于机器人控制、生物力学等领域。其衍生项目MJX作为基于JAX的可微分版本，为机器学习研究提供了重要支持。然而近期研究人员发现，MJX在处理简单弹性碰撞场景时存在异常行为。

问题现象

当模拟自由落体小球与平面碰撞的场景时，标准MuJoCo实现能正确呈现小球的弹跳效果，而MJX版本却表现出异常：小球穿过平面后持续下落，未出现预期的反弹现象。测试案例显示，2秒仿真后：

• 标准MuJoCo输出高度为3.79米（符合物理规律）
• MJX输出高度为-5.84米（明显异常）

技术背景

该场景涉及两个关键物理组件：

1. 自由关节球体：通过<joint type="free">定义的6自由度刚体
2. 碰撞平面：使用<geom type="plane">定义的无限大平面 特别值得注意的是接触参数solref="-1000 0"，该设置采用隐式积分方法处理接触力。

问题根源

经开发团队确认，这是MJX实现中的一个软件缺陷。在标准MuJoCo中，碰撞检测和响应模块能正确处理：

• 接触点检测
• 法向力计算
• 动量守恒转换 而MJX版本在接触力计算环节存在数值处理异常，导致碰撞响应失效。

解决方案

开发团队已提交修复补丁（提交号86e6fc6），主要涉及：

1. 接触约束方程的数值稳定性优化
2. 隐式积分器的参数传递修正
3. JAX后端与原生物理引擎的行为对齐

对研究的影响

该修复对以下领域尤为重要：

• 强化学习中的物理环境建模
• 基于梯度的参数优化
• 可微分物理的仿真实验 研究人员在使用MJX进行涉及弹性碰撞的实验时，建议更新至包含该修复的版本。

最佳实践建议

1. 对于关键物理实验，建议同时运行标准MuJoCo作为基准验证
2. 复杂接触场景应逐步增加复杂度进行测试
3. 关注仿真能量守恒情况，异常的能量损失往往暗示数值问题

该案例典型展示了物理引擎开发中的精度挑战，特别是在可微分编程框架下保持数值稳定性的难度。随着MJX的持续完善，这类基础物理行为的准确性将得到更好保证。