UE5与UE4物理系统对比）

物理系统是游戏引擎中至关重要的组成部分，它负责模拟游戏世界中的物理交互，包括刚体动力学、碰撞检测、约束系统等。下面主要从UE4和UE5两个版本分析物理系统的实现细节。

一、UE4 PhysX物理系统

UE4在很长一段时间内使用NVIDIA的PhysX作为其物理引擎。PhysX是一个成熟且广泛应用的物理引擎，被多个游戏引擎采用。

1. PhysX架构概述

PhysX在UE4中的实现涉及多个层次：

• FPhysScene: 物理场景的主要接口，负责注册和分发碰撞事件，提供力的应用API
• 物理材质: 通过UPhysicalMaterial类定义物理表面的属性，如摩擦、弹性等
• 碰撞系统: 使用复杂的碰撞层级和过滤系统，支持多种碰撞形状（球体、胶囊体、盒体等）

2. PhysX的底层实现特点

在UE4中，PhysX提供以下核心功能：

• 多线程支持: 物理模拟可在独立线程上运行，减轻主线程负担
• 碰撞修改回调: 通过FContactModifyCallback接口允许开发者在碰撞解决前修改碰撞信息
• 高级场景查询能力: 支持多种射线检测选项，包括多重命中、背面命中等
• GPU加速: NVIDIA显卡可利用CUDA核心加速物理计算

3. PhysX特定模块

UE4中有一些特定的PhysX模块：

• PhysX载具系统: 专门针对车辆物理的模块，提供轮胎摩擦、悬挂等特性
• APEX破坏系统: 用于处理物体破坏的系统，尽管功能有限
• APEX布料系统: 用于模拟布料物理

二、UE5 Chaos物理系统

UE5引入了全新的自研物理引擎Chaos，取代了之前的PhysX系统。

1. Chaos架构概述

Chaos的核心架构包括：

• FPhysScene_Chaos: 物理场景的主要接口，继承自FChaosScene
• FChaosMarshallingManager: 管理游戏线程和物理线程之间的数据传输
• FPBDRigidsEvolutionGBF: 实际执行物理模拟算法的类，处理粒子数据和碰撞加速结构

2. Chaos的核心特性

Chaos物理系统提供以下关键特性：

• 异步物理线程: 允许物理模拟在独立线程上运行，支持更大规模的模拟
• 改进的破坏系统: 提供更细致的破坏效果，支持大规模实时破坏
• 刚体动力学: 增强了物体交互的真实感，特别是在复杂场景中
• 网络物理支持: 专门设计用于网络游戏中的物理同步

3. 网络物理实现

UE5.4引入了网络物理组件（UNetworkPhysicsComponent），使物理模拟在多人游戏中更为可靠：

• 状态与输入同步: 组件维护物理状态和输入的历史记录
• 物理回溯与重模拟: 支持物理状态的回溯和重新模拟，确保多人游戏中的一致性
• 预测插值: 允许客户端预测物理状态，减少延迟感

三、PhysX与Chaos的比较

1. 性能对比

• 优化重点不同: PhysX专注于通用场景优化，而Chaos更侧重大规模破坏和复杂场景
• 性能表现: 部分用户报告Chaos在某些情况下性能不如PhysX，特别是在物理密集型游戏中
• 多线程优化: Chaos提供更好的多线程支持，但可能需要更多的CPU资源

2. 功能对比

• 功能差异: Chaos缺少一些PhysX的高级功能，如FContactModifyCallback和复杂的场景查询选项
• 网络支持: Chaos专门设计了网络物理功能，而PhysX在这方面相对薄弱
• GPU加速: PhysX支持NVIDIA GPU加速，而Chaos是完全软件实现的

3. API设计与使用便利性

• API兼容性: Chaos设计上尽量保持与PhysX的API兼容，但仍有差异
• 源码可控性: Epic完全控制Chaos的源码，可以更好地进行优化和定制
• 集成度: Chaos与引擎其他部分（如动画、网络系统等）集成度更高

四、物理系统源码分析

1. 物理模拟流程

物理模拟的主要流程包括：

1. 初始化物理世界: 通过FPhysScene（UE4）或FPhysScene_Chaos（UE5）创建物理世界
2. 注册物理对象: 将物理对象注册到物理场景中
3. 物理模拟步进: 执行物理计算，更新物体位置和旋转
4. 碰撞处理: 检测并解决碰撞
5. 数据同步: 将物理模拟结果同步回游戏线程

2. 碰撞检测实现

碰撞检测分为两个阶段：

• 粗略阶段(Broad Phase): 快速筛选可能发生碰撞的对象对
• 精细阶段(Narrow Phase): 对可能碰撞的对象进行精确的碰撞计算

3. 网络物理同步

UE5的Chaos引入了更完善的网络物理同步机制：

// 简化的网络物理组件数据结构  
struct FBoulderPhysicsState  
{  
    FVector LinearVelocity;  
    FVector AngularVelocity;  
    FVector Location;  
    FQuat Rotation;  
};  

struct FBoulderPhysicsInput  
{  
    FVector Force;  
    bool bJump;  
};  

这种设计允许物理状态和输入在网络上可靠传输，同时支持本地预测和服务器校正