MuJoCo MJX 物理引擎中碰撞检测问题分析与解决方案

问题背景

在MuJoCo物理引擎的MJX实现中，开发者发现了一个关于碰撞检测的有趣现象。当使用简单的cartpole模型进行仿真时，MJX的行为与原生MuJoCo(MJ-C)出现了明显差异：在某些情况下MJX的qpos状态完全不更新，而在其他情况下则会产生与MJ-C不一致的仿真结果。

现象描述

开发者使用了一个标准的cartpole模型进行测试，发现两种异常情况：

1. 状态不更新：在未启动被动查看器的情况下，MJX的qpos状态在仿真过程中完全保持不变，而MJ-C则正常更新。

2. 不一致的仿真结果：当启动被动查看器后，MJX开始更新状态，但与MJ-C的仿真结果存在明显差异，误差随时间累积增大。

根本原因分析

经过深入调查，发现问题源于模型中的碰撞检测设置：

1. 碰撞几何体设计问题：cartpole模型中存在两个与导轨接触的碰撞几何体，这些接触应该被禁用但未被正确处理。

2. 碰撞检测算法差异：

   • MJ-C使用特定的胶囊-盒子碰撞函数，其法线计算存在潜在问题
   • MJX使用更标准的碰撞检测方法（与nativeccd和libccd一致），能正确计算单个胶囊-盒子碰撞的法线

3. 多重接触干扰：由于存在两个导轨，MJX计算出的法线相互抵消，导致小车被"卡"在两个导轨之间。

解决方案

针对这一问题，建议采取以下解决方案：

1. 正确配置碰撞检测：在模型XML中明确禁用与导轨的不必要接触。

2. 统一碰撞检测算法：考虑在MJ-C中更新其胶囊-盒子碰撞函数，使其与标准实现保持一致。

3. 模型验证：在开发过程中，建议使用MuJoCo官方提供的标准cartpole模型作为参考。

技术启示

这一案例揭示了物理引擎开发中的几个重要方面：

1. 碰撞检测的敏感性：即使看似简单的模型，碰撞检测的微小差异也可能导致完全不同的仿真行为。

2. 算法一致性：不同实现版本的物理引擎应保持核心算法的一致性，以避免不可预期的行为差异。

3. 测试验证的重要性：新功能开发时应建立全面的测试用例，覆盖各种边界条件。

结论

MuJoCo MJX作为新一代物理引擎实现，在碰撞检测方面采用了更标准的算法，这虽然导致了与旧版本的行为差异，但从长远看有利于提高仿真的准确性和一致性。开发者在使用时应注意模型配置的准确性，并理解不同版本间的行为差异。