C++游戏引擎开发指南：PhysX物理引擎中的碰撞检测详解-优快云博客

C++游戏引擎开发指南：PhysX物理引擎中的碰撞检测详解

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引言

在现代游戏开发中，物理引擎是不可或缺的核心组件之一。本文将深入探讨PhysX物理引擎中的碰撞检测机制，这是游戏物理交互的基础。我们将从基本概念出发，逐步解析碰撞检测的实现原理和实际应用。

物理形状与碰撞基础

在PhysX中，刚体(PxRigidBody)本质上是一个质点，它拥有质量和位置属性，但实际的物理表现是通过附加的形状(PxShape)来定义的。这种设计带来了极大的灵活性：

形状多样性：同一个刚体可以附加立方体、球体、胶囊体等多种几何形状
碰撞行为控制：通过PxShapeFlag可以精确控制形状的物理行为

PhysX提供了两种主要的碰撞检测模式：

模拟形状(eSIMULATION_SHAPE)：参与完整的物理模拟和碰撞响应
触发器(eTRIGGER_SHAPE)：仅检测重叠但不产生物理响应

碰撞事件回调机制

PhysX通过PxSimulationEventCallback接口提供了一套完整的事件回调系统，开发者可以通过继承并实现这个接口来获取各种物理事件：

class SimulationEventCallback: public PxSimulationEventCallback {
public:
    void onConstraintBreak(PxConstraintInfo* constraints, PxU32 count) override;
    void onWake(PxActor** actors, PxU32 count) override;
    void onSleep(PxActor** actors, PxU32 count) override;
    void onTrigger(PxTriggerPair* pairs, PxU32 count) override;
    void onAdvance(const PxRigidBody*const*, const PxTransform*, const PxU32) override;
    void onContact(const PxContactPairHeader& pairHeader, 
                  const PxContactPair* pairs, 
                  PxU32 count) override;
};

关键回调解析

onTrigger：处理触发器事件
- eNOTIFY_TOUCH_FOUND：物体进入触发器区域
- eNOTIFY_TOUCH_LOST：物体离开触发器区域
onContact：处理物理碰撞事件
- 提供碰撞双方的详细信息
- 包含碰撞点和法线等数据

实战：小球撞墙示例

让我们通过一个具体示例来理解碰撞检测的实际应用。

场景设置

首先需要配置物理场景并启用事件回调：

void CreateScene(){
    PxSceneDesc sceneDesc(gPhysics->getTolerancesScale());
    sceneDesc.gravity = PxVec3(0.0f, -0.98f, 0.0f);
    gDispatcher = PxDefaultCpuDispatcherCreate(2);
    sceneDesc.cpuDispatcher = gDispatcher;
    
    // 关键配置：指定事件回调
    sceneDesc.simulationEventCallback = &gSimulationEventCallback;
    sceneDesc.filterShader = SimulationFilterShader;
    
    gScene = gPhysics->createScene(sceneDesc);
}

碰撞过滤设置

PhysX默认不处理碰撞回调以优化性能，必须显式启用：

PxFilterFlags SimulationFilterShader(
    PxFilterObjectAttributes attributes0, 
    PxFilterData filterData0,
    PxFilterObjectAttributes attributes1, 
    PxFilterData filterData1,
    PxPairFlags& pairFlags, 
    const void* constantBlock, 
    PxU32 constantBlockSize) 
{
    pairFlags = PxPairFlag::eCONTACT_DEFAULT | PxPairFlag::eNOTIFY_TOUCH_FOUND;
    return PxFilterFlags();
}

创建物理对象

创建静态墙壁：

void CreateWall(){
    PxRigidStatic* body = gPhysics->createRigidStatic(PxTransform(PxVec3(0, 10, 0)));
    PxMaterial* wallMaterial = gPhysics->createMaterial(1.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    // 创建墙壁形状（默认参与碰撞）
    const PxVec3 halfExtent(0.1f, 10.0f, 10.0f);
    PxShape* shape = gPhysics->createShape(PxBoxGeometry(halfExtent), *wallMaterial);
    
    body->attachShape(*shape);
    shape->release();
    gScene->addActor(*body);
}

创建动态小球：

void CreateBall(){
    PxRigidDynamic* body = gPhysics->createRigidDynamic(PxTransform(PxVec3(10, 5, 0)));
    body->setLinearVelocity(PxVec3(-14.0f, 0.0f, 0.0f));
    
    PxMaterial* ballMaterial = gPhysics->createMaterial(0.5f, 0.5f, 1.0f);
    
    float radius = 0.5f;
    PxShape* shape = gPhysics->createShape(PxSphereGeometry(radius), *ballMaterial);
    body->attachShape(*shape);
    shape->release();
    
    PxRigidBodyExt::updateMassAndInertia(*body, 1.0f);
    gScene->addActor(*body);
}

触发器与碰撞体的区别

在实际游戏中，我们经常需要区分真正的物理碰撞和仅需要检测的逻辑触发区域。通过修改墙壁的形状标志可以实现这一区别：

// 将墙壁设为触发器
PxShape* shape = gPhysics->createShape(
    PxBoxGeometry(halfExtent), 
    *wallMaterial,
    false,
    PxShapeFlag::eVISUALIZATION | PxShapeFlag::eTRIGGER_SHAPE
);

行为对比

| 特性 | 碰撞体(eSIMULATION_SHAPE) | 触发器(eTRIGGER_SHAPE) | |------|--------------------------|------------------------| | 物理响应 | 有 | 无 | | 事件回调 | onContact | onTrigger | | 典型用途 | 墙壁、地面等实体 | 检测区域、陷阱等 |