MuJoCo 中非凸网格碰撞检测的实现限制与解决方案

非凸网格碰撞检测的问题现象

在物理仿真引擎MuJoCo中，当使用非凸网格(如复杂地形)进行碰撞检测时，开发者可能会遇到一个常见问题：碰撞体似乎只与网格的包围盒发生交互，而不是与实际的网格表面进行精确碰撞。这种现象会导致仿真结果与预期不符，例如物体悬浮在网格表面上方或穿过网格结构。

问题重现与模型分析

通过一个典型测试场景可以清晰展示这个问题：创建一个具有凹陷和凸起结构的非凸地形网格，并在其上放置多个自由落体的立方体。理论上，立方体应该根据地形表面的实际几何形状停留在不同高度。然而观察到的现象却是所有立方体都停留在一个统一的平面上，这正是网格包围盒的表面。

技术背景与限制原因

MuJoCo的碰撞检测系统在处理非凸网格时存在固有局限性。虽然文档中确实提到支持非凸网格碰撞检测，但在实际实现中，系统默认会将非凸网格转换为凸包(convex hull)或分解为多个凸形状进行处理。这种转换会导致原始网格的凹陷部分被"填充"，从而产生不准确的碰撞结果。

可行的解决方案

针对这一问题，开发者可以采用以下几种解决方案：

1. 手动分解非凸网格：将复杂的非凸网格分解为多个凸部件，确保每个部件的几何形状都是凸的。这种方法虽然工作量大，但能获得最精确的碰撞效果。

2. 使用凸包近似：对于精度要求不高的场景，可以使用网格的凸包近似作为碰撞几何体。这种方法计算效率高，但会丢失内部凹陷结构的碰撞信息。

3. 调整仿真参数：尝试不同的碰撞检测参数组合，如设置convexhull=false和nativeccd=true，虽然在某些简单情况下可能有效，但对于复杂非凸结构效果有限。

最佳实践建议

对于需要精确非凸碰撞检测的应用场景(如地形仿真)，建议采用第一种方法。具体实施步骤包括：

1. 使用专业3D建模软件将复杂地形分割为多个凸块
2. 为每个凸块创建独立的geom元素
3. 将这些geom组合在一个body中，保持相对位置关系
4. 在MuJoCo模型文件中分别定义每个凸块的几何属性

这种方法虽然增加了模型构建的复杂度，但能确保碰撞检测的准确性，特别适用于机器人导航、地形交互等对碰撞精度要求高的应用场景。

总结

MuJoCo作为一款高效的物理仿真引擎，在处理非凸网格碰撞时存在一定限制。理解这些限制并采用适当的解决方案，可以帮助开发者构建更精确的物理仿真环境。对于地形仿真等特定应用，手动分解非凸网格为多个凸部件是目前最可靠的解决方案。