PhysX 5.5 中车辆碰撞检测问题的解决方案与多车辆实现

问题背景

在使用 PhysX 5.5 物理引擎的 SnippetVehicle2DirectDrive 示例时，开发者可能会遇到一个常见问题：车辆无法与其他物体产生碰撞交互。具体表现为，当其他物体（如球体）与车辆接触时，它们会直接穿过车辆模型而不产生任何物理反应。

问题原因分析

这个问题的根源在于 SnippetVehicleDirectDrive 示例的默认设置中，车辆碰撞检测是被故意禁用的。示例代码主要使用场景查询（scene queries）而非物理碰撞检测来实现车辆行为。这种设计选择可能是为了简化示例代码，专注于展示车辆动力学特性，但会导致车辆无法参与正常的物理碰撞。

解决方案详解

要使车辆能够参与物理碰撞，需要进行以下关键修改：

1. 修改过滤器着色器（Filter Shader）

过滤器着色器是 PhysX 中控制碰撞检测行为的关键组件。原始代码中，它被设置为抑制所有碰撞检测。需要修改为启用离散碰撞检测和接触求解：

PxFilterFlags VehicleFilterShader(
    PxFilterObjectAttributes attributes0, PxFilterData filterData0,
    PxFilterObjectAttributes attributes1, PxFilterData filterData1,
    PxPairFlags& pairFlags, const void* constantBlock, PxU32 constantBlockSize)
{
    PX_UNUSED(attributes0);
    PX_UNUSED(filterData0);
    PX_UNUSED(attributes1);
    PX_UNUSED(filterData1);
    PX_UNUSED(pairFlags);
    PX_UNUSED(constantBlock);
    PX_UNUSED(constantBlockSize);
    pairFlags = PxPairFlag::eDETECT_DISCRETE_CONTACT | PxPairFlag::eSOLVE_CONTACT;
    return PxFilterFlag::eDEFAULT;
}

2. 设置车辆形状的模拟标志

在 PhysXIntegration.cpp 文件中，需要为车辆框架形状设置模拟标志：

const PxVehiclePhysXRigidActorShapeParams physxActorShapeParams(
    boxGeom, 
    physxParams.physxActorBoxShapeLocalPose, 
    defaultMaterial, 
    PxShapeFlags(PxShapeFlag::eSIMULATION_SHAPE), 
    PxFilterData(), 
    PxFilterData());

这一修改确保车辆形状会参与碰撞检测和接触求解。

实现多车辆系统

在解决基础碰撞问题后，开发者可能希望扩展场景以支持多辆车辆。以下是实现多车辆系统的关键要点：

1. 车辆对象管理

可以创建车辆对象数组或使用容器来管理多辆车辆，避免重复代码：

std::vector<DirectDriveVehicle> vehicles(NUM_VEHICLES);
std::vector<PxVehiclePhysXSimulationContext> contexts(NUM_VEHICLES);

2. 初始化流程

使用循环初始化多辆车辆，为每辆车设置不同的初始位置：

for(int i = 0; i < NUM_VEHICLES; ++i) {
    LoadBaseParams(vehicles[i].mBaseParams);
    setPhysXIntegrationParams(vehicles[i].mBaseParams.axleDescription, 
                            gPhysXMaterialFrictions, gNbPhysXMaterialFrictions, 
                            gPhysXDefaultMaterialFriction, vehicles[i].mPhysXParams);
    // ...其他初始化代码...
    
    PxTransform pose(PxVec3(i * 2.0f, 0.2f, 0.0f), PxQuat(PxIdentity));
    vehicles[i].setUpActor(*gScene, pose, "Vehicle_" + std::to_string(i));
}

3. 物理步进处理

同样使用循环处理每辆车的物理步进：

for(auto& vehicle : vehicles) {
    const PxVec3 linVel = vehicle.mPhysXState.physxActor.rigidBody->getLinearVelocity();
    const PxVec3 forwardDir = vehicle.mPhysXState.physxActor.rigidBody->getGlobalPose().q.getBasisVector2();
    const PxReal forwardSpeed = linVel.dot(forwardDir);
    const PxU8 nbSubsteps = (forwardSpeed < 5.0f ? 3 : 1);
    vehicle.mComponentSequence.setSubsteps(vehicle.mComponentSequenceSubstepGroupHandle, nbSubsteps);
    vehicle.step(timestep, gVehicleSimulationContext);
}

最佳实践建议

1. 性能考虑：随着车辆数量增加，物理计算开销会显著上升。建议进行性能测试，必要时实现LOD（细节层次）系统，根据距离调整物理模拟精度。

2. 碰撞过滤优化：为不同物体类型设置适当的碰撞过滤组，避免不必要的碰撞检测计算。

3. 调试工具：充分利用 PhysX Visual Debugger (PVD) 来可视化碰撞形状和物理交互，帮助调试复杂的碰撞问题。

4. 参数调优：根据实际需求调整车辆物理参数，如质量、摩擦系数等，以获得更真实的物理表现。

通过以上修改和扩展，开发者可以在 PhysX 5.5 中实现功能完善的车辆物理系统，包括车辆间碰撞和多车辆场景管理。这些技术同样适用于其他需要复杂物理交互的场景开发。