Unreal Engine 4 —— 可交互绳索的构建

在隐龙传：影踪中的钩爪玩法中，绳索是使用UE4中的Cable Component构建的。在当初还看了一下这方面的源代码和文档，可以在Unreal Engine 4的博客专栏搜到对应信息：传送门。

UE4的这个Cable Component是与世界场景没有交互的，因此这篇博客将讲解如何基于该Cable Component来实现绳索与世界的交互。

Verlet Integration

在查看UCableComponent的源代码时，看到在Tick函数中有这么一段代码：

// Perform simulation substeps
TimeRemainder += DeltaTime;
while(TimeRemainder > UseSubstep)
{
    PerformSubstep(UseSubstep, Gravity);
    TimeRemainder -= UseSubstep;
}

而PerformSubstep函数的实现如下：

void UCableComponent::PerformSubstep(float InSubstepTime, const FVector& Gravity)
{
    VerletIntegrate(InSubstepTime, Gravity);
    SolveConstraints();
}

看到VerletIntegrate函数我就笑了，因为当初专门研究过它，对应的论文如下：传送门。

Cable Particle

在UE4的UCableComponent中，使用Cable Particle来模拟绳索，使用Verlet Integration与松弛法进行绳索粒子的模拟，然后在对应的SceneProxy中进行Mesh的构建。

UE4中的代码如下：

void UCableComponent::SolveConstraints()
{
    const float SegmentLength = CableLength/(float)NumSegments;

    // For each iteration..
    for(int32 IterationIdx=0; IterationIdx<SolverIterations; IterationIdx++)
    {
        // For each segment..
        for(int32 SegIdx=0; SegIdx<NumSegments; SegIdx++)
        {
            FCableParticle& ParticleA = Particles[SegIdx];
            FCableParticle& ParticleB = Particles[SegIdx+1];
            // Solve for this pair of particles
            SolveDistanceConstraint(ParticleA, ParticleB, SegmentLength);
        }
    }
}

与球形物体的交互

该如何实现绳索与球形物体的交互？相对来讲还是比较简单，只需要在松弛法里面加上一个检测——如果有Cable Particle陷到对应的球形里面去了，那么直接将其推到球面上即可。

因此我们将SolveConstraints函数改为：

void UCableComponent::SolveConstraints()
{
    const float SegmentLength = CableLength/(float)NumSegments;

    // For each iteration..
    for(int32 IterationIdx=0; IterationIdx<SolverIterations; IterationIdx++)
    {
        SolveCollides();
        // For each segment..
        for(int32 SegIdx=0; SegIdx<NumSegments; SegIdx++)
        {
            FCableParticle& ParticleA = Particles[SegIdx];
            FCableParticle& ParticleB = Particles[SegIdx+1];
            // Solve for this pair of particles
            SolveDistanceConstraint(ParticleA, ParticleB, SegmentLength);
        }
    }
}

只添加了一个SolveCollides函数，用于约束Particle与物体的碰撞：

void UCableComponent::SolveCollides()
{
    for (int32 SegIdx = 0; SegIdx < NumSegments SegIdx++)
    {
        for (int SphereIdx = 0; SphereIdx < CollideSphere.Num(); SphereIdx++)
        {
            SolveSphereCollide(Particles[SegIdx + 1], CollideSphere[SphereIdx]);
        }
    }
}


void UCableComponent::SolveSphereCollide(FStripParticle& Particle, FComponentReference Comp)
{
    auto Component = Comp.GetComponent(GetOwner());

    if (IsValid(Component))
    {
        if (Particle.bFree)
        {
            const float dist = FVector::Dist(Component->GetComponentLocation(), Particle.Position);
            auto sphere = Cast<USphereComponent>(Component);
            if (sphere && dist < (sphere->GetScaledSphereRadius()))
            {
                auto tmp1 = Particle.Position;
                auto tmp2 = sphere->GetComponentLocation();
                auto tmp3 = sphere->GetScaledSphereRadius();
                auto delta = tmp3 * ((tmp1 - tmp2).GetSafeNormal());
                Particle.Position = Component->GetComponentLocation() + delta;
            }
        }
    }

}

这样一来就可以实现绳索与球形的碰撞交互了。

与胶囊体的碰撞

绳索与胶囊体的碰撞约束也很简单，只要将对应的点推到胶囊体表面即可。这里不方便将代码放出，读者可以自己实现。

思考

UE4中的Cable Component使用的是Verlet Integration，而Mesh在SceneProxy里面进行构建。在这里实现了与球形&胶囊体的碰撞，这样一来就可以很方便地实现布料&发丝&水面的模拟啊……