以下为个人学习笔记整理。参考 PhysX SDK 3.4.0 文档

# GeometryQuery

几何查询主要用来做物体间的碰撞检测，有以下四种形式：

raycasts：射线检测。
sweeps：扫描检测。沿一条线移动一个几何对象以找到与另一个几何对象的第一个交点
overlaps：重叠检测。确定两个几何对象是否相交
penetration depth：穿透检测，计算相撞物体的撞击点和距离。

# 射线检测 ——raycast

通过某坐标点 + 方向向量 + 查询距离

	/**
	\param [in] origin 射线起点
	\param [in] unitDir 射线方向
	\param [in] geom 被检测对象几何信息
	\param [in] pose 被检测对象位置（世界坐标）
	\param [in] maxDist 射线长度 [0, inf), 0 表示检测是否重叠
	\param [in] hitFlags 标记命中需要带回的返回结果
	\param [in] maxHits 记录命中结果最大数量
	\param [out] rayHits 命中信息
	\return 命中数量
	*/
	PX_PHYSX_COMMON_API static PxU32 raycast(const PxVec3& origin,
	const PxVec3& unitDir,
	const PxGeometry& geom,
	const PxTransform& pose,
	PxReal maxDist,
	PxHitFlags hitFlags,
	PxU32 maxHits,
	PxRaycastHit* PX_RESTRICT rayHits);


	// example
	PxRaycastHit hitInfo;
	PxU32 maxHits = 1;
	PxHitFlags hitFlags = PxHitFlag::ePOSITION\|PxHitFlag::eNORMAL\|PxHitFlag::eDISTANCE\|PxHitFlag::eUV;
	PxU32 hitCount = PxGeometryQuery::raycast(origin, unitDir,
	geom, pose,
	maxDist,
	hitFlags,
	maxHits, &hitInfo);

# 特殊查询情况 —— 如果射线起点在几何内部

# Solid Object

内部视为实心的几何体（球体、胶囊、盒子、凸面），最多得到一个结果

命中点：射线起点
法线：射线反方向
距离：0

# 特殊查询情况 —— 特殊几何

# 网格类

支持多种命中模式：

多次命中：返回全部命中点
最近命中：返回距离射线最近的命中点
任意命中：随机返回任意的命中点

网格的命中判定会被面剔除规则影响。

如果设置了 PxMeshGeometryFlag::eDOUBLE_SIDED 或 PxHitFlag::eMESH_BOTH_SIDES，则禁用剔除。
如果设置了 PxMeshGeometryFlag::eDOUBLE_SIDED，则反面命中的法线会取反。

raymesh

# 高度场

「thickness」表示距离地面以下多少的深度，因此「thickness」 >0 表示 -y 方向深度值。

当「thickness」 <=0 时，法线方向为 +y ，「thickness」 >0 时，法线方向为 -y

../_images/GeomTypeHeightField.png

# Solid Object

最多得到一个命中结果

# Plane

3D 空间下的「2D 几何」，最多得到一个命中结果，如果起点或终点和平面很接近，有可能不会视为命中

# 特殊返回结果 —— 网格类

网格和高度厂这种由三角形组成的网格几何可以获取到交点坐标的 UV 重心表示法，参考重心坐标

其中 v0、v1 和 v2 是命中三角形的顶点，详细实现见 PxTriangle::pointFromUV ：

$pos = (1 - u - v)*v0 + u*v1 + v*v2$

# 扫描检测 ——sweeps

一般用于检测一个物体运动过程中和其他物体的碰撞

sweep

	/**
	\param [in] unitDir 扫描 \| 运动方向
	\param [in] distance 扫描距离
	\param [in] geom0 扫描的几何体
	\param [in] pose0 扫描几何体的坐标
	\param [in] geom1 被扫描几何体
	\param [in] pose1 被扫描几何体的坐标
	\param [out] sweepHit 命中信息
	\param [in] hitFlags 标记命中所需返回的信息
	\param [in] inflation 膨胀大小，扩大检测范围的参数，让几何看起来更圆
	\return 命中数量
	*/
	bool PxGeometryQuery::sweep(const PxVec3& unitDir, const PxReal distance,
	const PxGeometry& geom0, const PxTransform& pose0,
	const PxGeometry& geom1, const PxTransform& pose1,
	PxSweepHit& sweepHit, PxHitFlags hitFlags,
	const PxReal inflation)

	// example
	PxSweepHit hitInfo;
	PxHitFlags hitFlags = PxHitFlag::ePOSITION\|PxHitFlag::eNORMAL\|PxHitFlag::eDISTANCE;
	PxReal inflation = 0.0f;
	PxU32 hitCount = PxGeometryQuery::sweep(unitDir, maxDist,
	geomToSweep, poseToSweep,
	geomSweptAgainst, poseSweptAgainst,
	hitInfo,
	hitFlags,
	inflation);

# 问题

如果两个几何的尺寸差异很大会导致结果的不正确。
由于扫描操作也能够判断初始状态的重叠情况，但是和重叠检测算法存在差异，两者结果可能完全不同。推荐先用重叠检查初始状态，再用扫描检查看深度。

# 重叠检测 ——overlaps

用于检查两个几何的重叠情况，其中一个必须是 Solid Object，另一个可以任意

../_images/GeomQueryOverlap.png

特殊规则：

Plane 被视作实心空间，其后方的区域也被视作体积的一部分。
网格的三角形被视为薄面片，不具备体积。
高度场被视为有「thickness」的三角形面片组成，因此带有体积

# 简单版本

只判断重叠，不返回额外信息

	/**
	\param [in] geom0 第一个几何结构
	\param [in] pose0 第一个几何位置
	\param [in] geom1 第二个几何结构
	\param [in] pose1 第二个几何位置
	\return True if the two geometry objects overlap
	*/
	PX_PHYSX_COMMON_API static bool overlap(const PxGeometry& geom0, const PxTransform& pose0,
	const PxGeometry& geom1, const PxTransform& pose1);

	// example
	bool isOverlapping = overlap(geom0, pose0, geom1, pose1);

# 复杂版本

会获取到重叠的网格信息

	/**
	\param [in] geom 第一个几何结构
	\param [in] geomPose 第一个几何位置
	\param [in] meshGeom 第二个几何网格结构
	\param [in] meshPose 第二个几何位置
	\param [out] results 返回值，保留重叠三角形数据
	\param [in] maxResults 最大重叠查询个数
	\param [in] startIndex 超过阈值时正在查询的三角形编号，用于后续继续查询
	\param [out] overflow 是否超过阈值了
	\return Number of overlaps found, i.e. number of elements written to the results buffer
	*/
	PX_PHYSX_COMMON_API static PxU32 findOverlapTriangleMesh( const PxGeometry& geom, const PxTransform& geomPose,
	const PxTriangleMeshGeometry& meshGeom, const PxTransform& meshPose,
	PxU32* results, PxU32 maxResults, PxU32 startIndex, bool& overflow);

# GJK 算法精确物理碰撞检测

...

# 穿透检测 ——penetration depth

穿透检测的意义在于计算物体发生碰撞时的穿透深度（MTD），并得到分离穿透所需的方向和距离。

penetration depth

	/**
	\param [out] 对象 1 的平移方向
	\param [out] 平移距离
	\param [in] 第一个几何结构
	\param [in] 第一个几何位置
	\param [in] 第二个几何结构
	\param [in] 第二个几何位置
	\return 穿透返回 true
	*/
	PX_PHYSX_COMMON_API static bool computePenetration(PxVec3& direction, PxF32& depth,
	const PxGeometry& geom0, const PxTransform& pose0,
	const PxGeometry& geom1, const PxTransform& pose1);

对于网格和高度场，使用迭代算法计算深度，本质上就是多次调用 computePenetration 的结果并更新 geom0 的 pose0 直到返回值为 false。

# GeometryQuery

# 射线检测 ——raycast

# 特殊查询情况 —— 如果射线起点在几何内部

# Solid Object

# 特殊查询情况 —— 特殊几何

# 网格类

# 高度场

# Solid Object

# Plane

# 特殊返回结果 —— 网格类

# 扫描检测 ——sweeps

# 问题

# 重叠检测 ——overlaps

# 简单版本

# 复杂版本

# GJK 算法精确物理碰撞检测

# 穿透检测 ——penetration depth

Memory Management

Collision