Genesis项目中的刚体碰撞检测问题分析与解决方案

引言

在Genesis机器人仿真环境中，刚体物理模拟是构建真实世界交互场景的基础。然而，当使用非凸网格物体时，开发者可能会遇到物体在表面上异常浮动的问题。本文将深入分析这一现象的技术原因，并提供有效的解决方案。

问题现象

在Genesis仿真环境中导入OBJ格式的方块模型后，这些方块会在刚体表面上出现不稳定的上下浮动现象。通过可视化碰撞网格检查，发现网格结构本身没有问题，但物理行为却表现出异常。

技术背景

Genesis默认会对所有几何体进行凸化处理(convexify)，这是物理引擎中常见的优化手段。凸体碰撞检测在计算效率和稳定性上都有优势，但对于复杂形状的物体，凸化可能导致碰撞检测不准确。

问题根源分析

通过技术交流确认，当开发者设置convexify=False和decompose_nonconvex=False时，系统会使用基于SDF(符号距离场)的非凸碰撞检测方法。当前版本的Genesis中，这种方法的稳定性尚待完善，是导致物体异常浮动的主要原因。

解决方案

针对这一问题，项目维护者提供了两种解决方案：

1. 使用凸分解方法： 设置decompose_nonconvex=True，并配合适当的分解参数：

   coacd_options=gs.options.CoacdOptions(threshold=0.01, preprocess_resolution=100)
   

   这种方法将复杂非凸物体分解为多个凸部分，既保持了形状准确性，又利用了凸体碰撞检测的稳定性优势。

2. 性能优化建议： 当场景中存在多个物体时，开启接触岛(contact island)功能可以显著提升仿真速度：

   rigid_options=gs.options.RigidOptions(enable_self_collision=True)
   

实践建议

1. 对于简单几何体，优先考虑使用凸化处理
2. 对于复杂非凸物体，推荐使用凸分解方法
3. 在场景构建完成后，务必使用vis_mode='collision'可视化检查碰撞网格
4. 多物体场景中启用接触岛优化性能

结论

Genesis项目提供了灵活的碰撞检测配置选项，开发者需要根据具体需求选择合适的方法。通过合理配置凸分解参数，可以有效解决非凸物体在仿真中的异常行为问题，为机器人仿真任务提供稳定的物理环境。