Chaos 物理与碰撞

Chaos 是什么

官方：Chaos Physics 是 UE 中「为下一代游戏从零构建」的轻量物理模拟方案，涵盖破碎 (Destruction)、网络物理、Chaos 可视化调试器、刚体动力学、刚体动画节点与物理动画、布料、布娃娃、载具、物理场 (Physics Fields)、流体、毛发、肌肉 (Flesh) 与 Dataflow 图。（Physics in Unreal Engine）本页聚焦刚体、碰撞、物理资产和破碎。

刚体与物理代理形状

实时模拟不能直接用渲染网格，必须用代理形状：物理体 (Physics Body / Body Instance) 是简化网格，由盒、球、胶囊或凸包 (Convex Hull) 组成。（Physics Asset Editor / Physics Bodies）这与 包围体构建、相交测试基础与分离轴 的思路一致：用简单凸体换取快速、稳定的相交测试。刚体动力学提供碰撞响应、约束、阻尼与摩擦，并支持异步物理模拟；载具文档指出异步物理模式能提高确定性。（Physics in Unreal Engine）

碰撞：对象类型 × 响应

每个可碰撞对象有一个对象类型 (Object Type) 和对所有其他类型的响应 (Response)：Block / Overlap / Ignore；射线检测 (Trace) 则按追踪通道 (Trace Channel)（默认 Visibility、Camera）决定被阻挡还是忽略。（Collision Overview、Collision Response Reference）

结果由双方共同决定（Collision Response Reference）。可以把规则理解为取两者中“更弱”的响应：

（表格为对官方规则的归纳：双方都 Block 才阻挡；一方 Overlap 一方 Block 时只发生重叠；任一方 Ignore 则无事件。Collision Overview）

Collision Enabled 四态：No Collision（物理引擎中无表示，性能最好）、Query Only（只用于射线/扫掠/重叠查询，适合角色移动）、Physics Only（只模拟，如角色次级运动）、Collision Enabled（两者）。（Collision Response Reference）查询本身就是 光线求交测试 和 包围体重叠测试 的工程化。

事件开关的坑

• 双方 Block 只会物理阻挡；要触发蓝图 Event Hit / OnComponentHit 必须开 Simulation Generates Hit Events，且只有开了的一方收到事件。静止接触时 Hit 会每帧刷屏，需要过滤。
• Overlap 事件（BeginOverlap/EndOverlap）要求双方都开 Generate Overlap Events——这是性能设计：否则一方必须每帧 Tick 检查是否有人移进来。不开时 Overlap 与 Ignore 效果相同。
• 高速物体即使 Block 也可能产生 Overlap；官方不建议同一物体同时依赖碰撞和重叠事件。
• PIE 默认相机是 Pawn，会被阻挡；Simulate 模式相机不是。（以上 Collision Overview）

实践中通常在 Project Settings > Engine > Collision 定义自定义对象类型、追踪通道和预设 (Preset)，组件只选预设，避免逐个手调。（预设位置见 Collision Response Reference）

物理资产 (Physics Asset)

物理资产为骨骼网格定义物理与碰撞：一组刚体与约束组成一个布娃娃（不限人形，也可是载具）；每个骨骼网格只能有一个物理资产。可在导入时勾选 Create Physics Asset 生成，或之后创建，在 Physics Asset Editor 中编辑。（Physics Asset Editor / Physics Bodies）它同时服务于布娃娃、物理动画（刚体随动画模拟）和载具碰撞，与 动画蓝图与动画系统 中的刚体动画节点衔接。（Physics in Unreal Engine）

Chaos 破碎 (Destruction)

• 基于几何集合 (Geometry Collection)：由一个或多个静态网格（含蓝图中嵌套的）构建，可多级、选择性地断裂 (Fracture)，每个簇 (Cluster) 设损伤阈值 (Damage Threshold)。
• 连接图 (Connection Graph) 模拟结构完整性，决定受损后如何坍塌；World Support 把部分设为运动学，减少锚点场 (Anchor Field)。
• 缓存系统 记录逐帧变换与事件，压缩后用于高效回放；缓存的模拟被交互时可局部“转为实时”。
• 与 Niagara 深度集成：Niagara 读取断裂事件 (Break Events) 和碰撞事件生成粒子；物理场 可在空间区域内施力、打碎簇、锚定或禁用碎块。（以上 Physics in Unreal Engine）

断裂工具 (Fracture Mode)：几何体集合 (Geometry Collection) 是 Chaos 破碎使用的资产类型，在 Fracture Mode 编辑器模式里离线切分。每切一次就多一层断裂层级，层级是一棵树：根骨骼下挂碎块骨骼，碎块还能继续细分；每层可以换用不同工具，也可以只切选中的碎块。（Fracturing Geometry Collections User Guide）

通用参数：Random Seed（-1 每次随机，固定值可复现）、Chance to Fracture、Grout（碎块间隙），以及 Perlin 噪声（Amplitude、Frequency、Octave 等）让切面不那么平。Point Spacing 越大，切面三角形越少，但噪声细节越粗，这是碎块面数与外观之间的取舍。（Fracturing Geometry Collections User Guide）运行时如何断裂见下一节。

破碎的运行时：应变、簇与场

5.x 没有找到 Destruction 概览页（chaos-destruction-in-unreal-engine 只是一个索引页），下面以 UE 4.27 的 Chaos Destruction Overview 为主（Chaos Destruction Overview），并用 UE 5.8 的 UGeometryCollectionComponent API 核对当前属性名（UGeometryCollectionComponent API）。

原理：簇 + 应变阈值。 断裂后的碎块按层级组成簇 (Cluster)，簇内碎块之间的连接关系就是连接图 (Connection Graph)。施加到簇上的应变 (Strain) 超过该层的伤害阈值 (Damage Threshold) 时，簇就释放出下一层碎块。（4.27）

flowchart TD
  A["碰撞（bEnableDamageFromCollision）<br/>或场 / ApplyExternalStrain"] --> S["簇上累积应变"]
  S --> T{"应变 > 该层 Damage Threshold?"}
  T -->|"否"| K["保持成簇"]
  T -->|"是"| R["释放子层碎块<br/>（不超过 Max Cluster Level）"]
  R --> P["碎块作为刚体模拟"]
  P --> Z{"低速 / 进入 Sleep 或 Disable 场"}
  Z --> SL["休眠：碰撞或场可唤醒"]
  Z --> DI["禁用：移出模拟，只有场能重新激活"]

图从上到下：碰撞或场产生应变，超过阈值才逐层释放碎块；碎块模拟一段时间后进入休眠或被禁用，两者被唤醒的方式不同。

场 (Fields)：Field System Actor 蓝图里，Add Field Command 在模拟前设置初始化类场（如锚定），Apply Physics Field 在模拟中施加（如外部簇应变爆炸）。常用场：ExternalClusterStrain（超过阈值就释放碎块）、InternalClusterStrain（配合噪声做随时间坍塌）、LinearForce / AngularTorque、DynamicState、Kill、Sleep/Disable 阈值。坑：Disable、Sleep、Kill 类场外面必须加剔除场 (Culling Field)，否则会覆盖地图中其他同类场的设置。（4.27）

性能取舍：碰撞体可用解析形状（快、省内存、不精确）或 Level Set 有符号距离场（精确，内存随分辨率立方增长）。Collision Particles Fraction 过低会导致碎块穿地。和玩家无关的背景破碎可以先录制成缓存 (Cache)，再以 Kinematic 回放，消除运行时开销和卡顿；也可以把集合分配给自定义 Chaos Solver 分担计算。玩法上，打开 Notify Breaks/Collisions 后可绑定 OnChaosBreakEvent；Niagara 可通过 Chaos 数据接口读取碰撞、断裂和拖尾事件生成碎屑特效，见 Niagara 粒子系统。（4.27）4.27 与 5.x 的差异：伤害模型、传播数据、按尺寸阈值等是 5.x API 中出现的属性，4.27 页没有描述，具体行为未从官方概念文档核实。

网络物理

三种复制模式：Default（旧版）、Predictive Interpolation（服务器权威，修正客户端速度向服务器靠拢，可处理预测性的本地改动）、Resimulation（服务器权威的物理 Pawn，客户端预测，与历史状态比较差异过大时重新模拟）。（Physics in Unreal Engine）复制基础见 网络复制与 RPC。调试可用 Chaos Visual Debugger 录制并逐帧/逐子步回放。

取舍

GEA 的视角：通用物理引擎原理与 Chaos 的对照（卷 II 14.2–14.5）

GEA 第 14 章讲的是通用碰撞/物理引擎（以 Havok、PhysX 为例）。与本页 Chaos 内容的对应如下：

• "对应"列是归纳，GEA 原文不讨论 Chaos。GEA 关于中间件的介绍（PhysX、Havok 等，部分信息已过时）见 游戏中的物理与中间件。
• 底层动力学见 刚体动力学 与 数值积分。