MuJoCo碰撞检测中负距离问题的分析与解决方案

问题背景

在机器人仿真和物理引擎MuJoCo的使用过程中，工程师们经常需要精确计算几何体之间的距离。近期有用户报告了一个异常现象：当两个几何体并未实际接触时，MuJoCo却返回了负的距离值，且接触点的位置显示也不符合预期。

问题现象

用户在使用MuJoCo 3.2.0版本时发现，即使两个几何体明显分离，系统仍会报告它们之间存在负距离。具体表现为：

1. 一个胶囊体和一个圆柱体在Z轴方向上有明显间隔
2. 系统却返回负的距离值
3. 接触点位置显示异常，似乎指向几何体中心而非表面

技术分析

经过MuJoCo开发团队确认，这是一个已知的软件缺陷。问题的根源在于MuJoCo默认使用的碰撞检测算法在某些特定几何组合下会产生不准确的结果。

解决方案

开发团队提供了两种解决方案：

1. 启用nativeccd标志：在模型XML文件的option部分添加nativeccd标志可以解决此问题。这个选项会切换MuJoCo使用不同的碰撞检测算法实现。

2. 使用SDF(符号距离函数)表示：对于复杂的网格几何体，可以预先计算其SDF表示，这能提供更精确的距离计算，但需要额外的预处理步骤。

实施建议

对于大多数用户，最简单的解决方案是在模型定义中添加以下配置：

<option>
  <flag nativeccd="enable"/>
</option>

这一修改已在实际测试中被证实能够正确计算几何体间的距离，并准确显示接触点位置。

注意事项

1. 该问题主要影响MuJoCo 3.2.x版本
2. 对于自定义复杂几何体，建议同时考虑SDF表示法
3. 距离计算精度可能会影响仿真结果的物理准确性，建议在关键应用中验证计算结果

结论

MuJoCo作为强大的物理仿真引擎，在碰撞检测方面提供了灵活的配置选项。通过正确设置nativeccd标志，用户可以避免负距离计算的异常情况，获得准确的几何关系数据。这一解决方案简单有效，已在多个实际应用场景中得到验证。