Physics Control
May 15, 2025About 10 min
Physics Control
物理控制组件允许您创建和管理多个控件，通常每个身体部位可以有多个控件。
分为两大类：
基础概念
Control
用于控制一个物理体相对于另一个物理体或者世界空间下，这些控制通过物理弹簧或者阻尼器驱动。这些控件可以在世界空间或父空间（类似于肌肉）中工作。每个控件都可以控制任意一对骨骼网格或静态网格（甚至是演员以外的网格）
创建
其中是Control Data是FPhysicsControlData结构体,用来控制阻尼弹簧模型，其基本原理公式如下：
力 = 弹性系数 × (目标位置 - 当前位置) - 阻尼系数 × 当前速度
该结构体变量解释如下：
线性运动控制参数
| 参数 | 物理意义 | 典型值范围 | 效果说明 |
|---|---|---|---|
LinearStrength | 弹簧弹性系数 (k) | ≥0 | 值越大，物体越"强硬"地趋向目标位置 |
LinearDampingRatio | 阻尼比 (ζ) | ≥0 | 1=临界阻尼，<1=欠阻尼(振荡)，>1=过阻尼(缓慢) |
LinearExtraDamping | 额外阻尼系数 | ≥0 | 即使Strength=0也能提供阻尼效果 |
MaxForce | 最大施加力 | ≥0 | 限制弹簧能施加的最大力，防止剧烈运动 |
旋转运动控制参数
| 参数 | 物理意义 | 典型值范围 | 效果说明 |
|---|---|---|---|
AngularStrength | 旋转弹性系数 | ≥0 | 控制旋转趋向目标角度的强度 |
AngularDampingRatio | 旋转阻尼比 | ≥0 | 类似线性阻尼但作用于旋转 |
AngularExtraDamping | 额外旋转阻尼 | ≥0 | 独立于AngularStrength的阻尼 |
MaxTorque | 最大扭矩 | ≥0 | 限制旋转控制的最大扭矩 |
目标速度处理
float LinearTargetVelocityMultiplier; // 线性目标速度乘数
float AngularTargetVelocityMultiplier; // 角度目标速度乘数
这些参数控制如何处理目标物体的速度：
- 1.0：完全跟随目标速度（适合角色动画）
- 0.0：忽略目标速度，仅基于位置控制（像普通弹簧）
- 中间值：部分跟随目标速度
骨骼动画集成
float SkeletalAnimationVelocityMultiplier; // 骨骼动画速度乘数
uint8 bUseSkeletalAnimation : 1; // 是否使用骨骼动画
这些参数实现了物理与动画的混合：
- 当
bUseSkeletalAnimation=true时，物理系统会尝试匹配骨骼动画的运动 SkeletalAnimationVelocityMultiplier控制动画影响的强度
控制点系统
FVector CustomControlPoint; // 自定义控制点位置
uint8 bUseCustomControlPoint : 1; // 是否使用自定义控制点
控制物理作用的"抓取点"：
- 默认使用物体质心
- 可指定自定义偏移点（如抓取物体的边缘）
行为控制标志
| 标志 | 作用 | 使用场景 |
|---|---|---|
bEnabled | 总开关 | 临时禁用控制而不删除 |
bDisableCollision | 禁用碰撞 | 连接体之间的无碰撞 |
bOnlyControlChildObject | 仅控制子物体 | 层级控制中的局部控制 |
常用的方法
| 方法 | 介绍 |
|---|---|
| bool SetControlData(...); | 完整数据设置 |
| bool SetControlSparseData(...); | 部分数据更新 |
| bool SetControlMultiplier(...); | 乘数设置 |
| bool SetControlTarget(...); | 完整目标设置 FPhysicsControlTarget（位置，速度，方向，角速度） |
| bool SetControlTargetPositionAndOrientation(...); | 位置+旋转 |
| bool SetControlTargetPosition(...); | 仅位置 |
| bool SetControlTargetOrientation(...); | 仅旋转 |
| bool SetControlUseSkeletalAnimation(...); | 支持将动画目标与物理控制混合 |
Body Modifier
用于更新物理体的物理属性，比如使用模拟还是运行，或者它们是否有重力。躯体修改器用于修改物理躯体的模拟属性，例如调整重力效果，或在模拟运动和运动学运动之间切换。
创建
如果Set没有设置，会自动加入All集合。
FPhysicsControlModifierData
创建使用的参数是FPhysicsControlModifierData
| 名称 | 介绍 |
|---|---|
| MovementType (EPhysicsMovementType) | 定义物体应该如何移动 - Simulated：完全物理模拟 - Kinematic：运动学物体（不受力影响） - Static：静态物体 - 角色死亡时可能从 Kinematic 切换为 Simulated 实现布娃娃效果 - 拾取物品时可能从 Simulated 切换为 Kinematic |
| CollisionType (ECollisionEnabled::Type) | 定义碰撞类型 - QueryOnly：仅用于射线检测等查询 - PhysicsOnly：仅用于物理碰撞 - QueryAndPhysics：两者兼具 - None：完全禁用碰撞 |
| GravityMultiplier (float) | 模拟时的重力乘数 |
| PhysicsBlendWeight (float) | 从模拟转换回动画时，模拟输出与原始动画输入的混合权重 - 平滑过渡：从0渐变到1实现自然的物理接管效果 - 部分控制：保持0.5实现动画与物理的混合 |
| bUseSkeletalAnimation (bool) | 影响动画蓝图和物理模拟的更新顺序 - True：物理模拟在动画之后应用（如衣服模拟） - False：完全由物理驱动（如布娃娃） |
| bUpdateKinematicFromSimulation (bool) | - 确保运动学物体与模拟物体保持同步 - 解决由于帧延迟导致的"撕裂"问题 - 如果为true，当关联的actor是运动学时，其变换将从模拟中更新 - 开启时会增加每帧的变换更新开销 - 但能避免视觉异常，特别是在高速移动时 |
常用方法
| 方法 | 介绍 |
|---|---|
| bool DestroyBodyModifier(...); | 销毁单个修改器 |
| bool SetBodyModifierData(...); | 完整设置修改器数据 |
| bool SetBodyModifierSparseData(...); | 稀疏数据更新（只更新设置过的字段） |
| bool SetBodyModifierKinematicTarget(...); | 设置运动学目标变换 |
| bool SetBodyModifierMovementType(...); | 设置运动类型（模拟/运动学/静态） |
| bool SetBodyModifierCollisionType(...); | 设置碰撞类型 |
| bool SetBodyModifierGravityMultiplier(...); | 设置重力乘数 |
| bool SetBodyModifierPhysicsBlendWeight(...); | 设置物理混合权重（动画与模拟之间的混合） |
| bool SetBodyModifierUseSkeletalAnimation(...); | 设置是否使用骨骼动画 |
| bool SetBodyModifierUpdateKinematicFromSimulation(...); | 设置是否从模拟结果更新运动学 |
| bool ResetBodyModifierToCachedBoneTransform(...); | 将身体重置为缓存的骨骼变换，谨慎使用每帧重置 |
World Space和Parent Space
Parent Space（父空间）
- 定义：以父骨骼或物体的局部坐标系为参考的空间。
- 特点：物理约束的计算基于父骨骼的局部坐标系，子物体的运动受父物体变换的影响。
- 示例：角色手臂的物理约束若设置为Parent Space，则手臂的旋转和位移会相对于肩部骨骼的局部坐标系计算。
World Space（世界空间）
- 定义：以游戏世界原点为参考的全局坐标系。
- 特点：物理约束的计算独立于父物体，直接基于世界坐标系。
- 示例：角色脊椎的物理约束若设置为World Space，则其位置和旋转会直接受世界坐标系控制，不受角色整体旋转的影响。
应用场景对比
| 场景 | Parent Space | World Space |
|---|---|---|
| 关节控制 | 四肢运动（如手臂、腿部弯曲） | 脊椎或身体核心部位的全局定位 |
| 物理交互 | 角色行走时腿部关节的自然跟随 | 角色背靠座椅时脊椎的固定位置 |
| 参数调整 | 角强度（AngularStrength）为主 | 线性力（LinearStrength）和角强度结合 |
| 典型案例 | 角色奔跑时膝盖的弯曲 | 角色抓握方向盘时手部的全局定位 |
CreateControlsAndBodyModifiersFromLimbBones
常用于创建角色一系列物理控制和身体修改器，主要根据LimbSetupData数据创建三种类型的物理控制元素：
- 世界空间控制(World-space controls)
- 父空间控制(Parent-space controls)
- 身体修改器(Body modifiers)
输出参数（引用传递）
- AllWorldSpaceControls：存储所有世界空间控制
- LimbWorldSpaceControls：按肢体分类存储世界空间控制(映射表，键为肢体名)
- AllParentSpaceControls：存储所有父空间控制
- LimbParentSpaceControls：按肢体分类存储父空间控制
- AllBodyModifiers：存储所有身体修改器
- LimbBodyModifiers：按肢体分类存储身体修改器
输入参数
- SkeletalMeshComponent：目标骨骼网格组件，将对其施加物理控制
- LimbSetupData：肢体设置数据数组，定义如何创建各个肢体的控制
- WorldSpaceControlData：世界空间控制的默认参数
- ParentSpaceControlData：父空间控制的默认参数
- BodyModifierData：身体修改器的默认参数
- WorldComponent：(可选)指定"世界"对象的网格组件，使世界控制可以在另一个对象空间中工作
- WorldBoneName：(可选)如果WorldComponent是骨骼网格，可以指定特定的骨骼名
FPhysicsControlLimbSetupData
| 名称 | 介绍 |
|---|---|
| LimbName | 要创建的肢体名称 |
| StartBone | - 通常是肢体中最靠近根部的骨骼 - 例如定义左臂时可能是左锁骨(left clavicle) - 肢体将包含此骨骼及其子骨骼 |
| bIncludeParentBone | - 是否包含起始骨骼的父骨骼 - 用于像脊柱这样的肢体，你可能想包含骨盆(脊柱的父骨骼) |
| bCreateWorldSpaceControls | 是否为该肢体创建世界空间控制 |
| bCreateParentSpaceControls | 是否为该肢体创建父空间控制 |
| bCreateBodyModifiers | 是否为该肢体创建身体修改器 |
创建核心逻辑
控制元素的创建：
- 为每个肢体创建三种控制元素(根据LimbSetupData中的标志决定是否创建)
- 使用传入的ControlData和ModifierData作为默认参数
分类存储机制，每个创建的控制元素会被添加到三个集合中：
- "All"集合(包含所有该类型的控制)
- "ControlType"集合(如"WorldSpace"或"ParentSpace")
- "ControlType_LimbName"集合(如"WorldSpace_ArmLeft")
每个身体修改器会被添加到：
- "All"集合
- "LimbName"集合(如"Spine"或"LegRight")
世界空间控制的可定制性：
- 通过WorldComponent参数，可以指定世界控制基于另一个对象的空间
- 如果WorldComponent是骨骼网格，还可以指定特定的骨骼(WorldBoneName)
使用例子
物理方块
创建步骤：
- 创建一个空的
Actor并添加Cube!
- 开启
Cube的物理模拟并关闭重力
- 添加
PhysicalControl组件，值得注意的是该组件应该放在Cube下面，不然会出现控制不了的问题
- 创建一个控制器，使
Cube一直在Actor的位置
Control Data的LinearStrength需要设置一下，初始化出来是0
受击反馈
设置约束描述文件：
如何锁住脚？
需要把骨骼网格的Physics Transform Update Mode 设置为 Component Transform is Kinematic
单杠
控制骨骼蒙皮
角色物理动画
// 设置一个柔软的身体物理控制
ControlData.LinearStrength = 100.0f;
ControlData.LinearDampingRatio = 0.8f; // 轻微弹性
ControlData.bUseSkeletalAnimation = true;
ControlData.SkeletalAnimationVelocityMultiplier = 0.7f;
物理抓取系统
// 设置一个稳定的物体抓取控制
ControlData.LinearStrength = 500.0f;
ControlData.LinearDampingRatio = 1.2f; // 过阻尼避免振动
ControlData.MaxForce = 2000.0f;
ControlData.bUseCustomControlPoint = true;
ControlData.CustomControlPoint = GrabLocationOffset;
布娃娃局部控制
// 仅控制上半身物理
ControlData.AngularStrength = 50.0f;
ControlData.AngularDampingRatio = 1.0f;
ControlData.bOnlyControlChildObject = true;
ControlData.bDisableCollision = true;
布娃娃系统
// 创建全身修改器
TArray<FName> Modifiers = PhysicsControlComp->CreateBodyModifiersFromSkeletalMeshBelow(
SkeletalMeshComp,
TEXT("root"),
true,
TEXT("All"),
FPhysicsControlModifierData(
EPhysicsMovementType::Simulated,
ECollisionEnabled::QueryAndPhysics,
1.0f, // Gravity
1.0f, // Physics blend
false, // bUseSkeletalAnimation
true // bUpdateKinematicFromSimulation
));
// 禁用动画影响
PhysicsControlComp->SetBodyModifiersUseSkeletalAnimation(Modifiers, false);
物理抓取物体
// 设为运动学并保持碰撞
ModifierData.MovementType = EPhysicsMovementType::Kinematic;
ModifierData.CollisionType = ECollisionEnabled::QueryAndPhysics;
ModifierData.GravityMultiplier = 0.0f; // 抓取时忽略重力
动画-物理混合
// 50%混合动画和物理
ModifierData.PhysicsBlendWeight = 0.5f;
ModifierData.bUseSkeletalAnimation = true;