本文主要是介绍薛定谔的空气墙？一文带你了解其背后的技术原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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悟空来了都得撞墙？
目前，被称作“村里第一个大学生”的国产3A游戏《黑神话：悟空》发售已经有一段时间了，游戏采用虚幻引擎4技术，仿佛将传统与现代的界限模糊，玩家游玩时沉浸感极强。然而，游戏也有不少令人诟病的部分，今天要说的就是网上不少人吐槽的黑神话中的“空气墙”问题。
“空气墙”指的是游戏场景设计中给玩家的视觉认知与操作反馈不统一的现象，具体表现为“这里看起来明明可以通行，但走近之后却被一堵无形的墙给挡住了”。
空气墙的存在只是问题的表象，因为它往往可以用来规避更大的问题。但与一般游戏防止跌落的悬崖边空气墙不同，《黑神话：悟空》中存在很多无意义的空气墙。比如如下图模型明明有个空缺，但人物就像是一直在撞墙，一直过不去。
《黑神话：悟空》中有趣的空气墙，来源：B站up主 LaSpeeee_
如果上面的空气墙属于无伤大雅，小打小闹，那么下面这种空气墙就比较逆天了，非常折磨玩家的游玩心态。明明眼前有那么大的场景看起来可以探索，制作者还是这块台阶前铺设了一排空气墙，就连两侧的空区域也无法通行。
《黑神话：悟空》中逆天的空气墙，来源：B站up主 BlaiteHe
有玩家戏称之为“薛定谔的空气墙”。“在撞到空气墙之前，永远不知道这里是通往隐藏的小路还是空气墙。不试一下又怕错过，试了又回让人有些失望。”
越是愿意探索，空气墙的存在感就越高，也在挫败着玩家探索隐藏的欲望。
游戏中空气墙的设立不是无缘无故，制作组肯定有其含义。个人推测是《黑神话：悟空》为了各种性能优化，砍掉了原本规划的游戏路线，导致原地图可探索部分被裁剪，又临近发售，所以只能在游戏中设置了空气墙。
空气墙为何会阻止玩家前进？这就要从从游戏中的物理碰撞说起。
空气墙背后的碰撞检测
游戏引擎中物体模型和其碰撞是分开设置的，玩家前进中遇到的各种石头、树木、建筑物等障碍物之所以会阻碍玩家前进，是因为在这些模型上添加了物理碰撞。如果模型和碰撞设置的良好，当玩家刚要撞到物体模型的时候，就会因为碰撞的阻挡而停下，这种情况就给玩家一种物理的真实感。
人物与墙的碰撞测试，来源：98K物理-轻量碰撞系统
碰撞检测是游戏碰撞中的一个重要算法，它模拟了现实世界中物体之间的相互作用，也是几乎所有游戏都要用到的一个算法。比如2020年的游戏《Control》（控制）中的碰撞检测就有出色的应用。
《Control（控制）》中的物理碰撞效果，来源：B站up主 施特劳斯Woo
被称为“车祸模拟器”的物理沙盒类游戏《BeamNG.drive》在不少玩家心中拥有全球最顶尖的物理碰撞模拟和损坏效果。网上也有不少游戏与现实车祸的碰撞对比，可以看到，《BeamNG.drive》在其独特的物理引擎的加持下，具有非常拟真的碰撞效果。
具备优秀物理引擎的沙盒游戏《BeamNG.drive》中的汽车碰撞效果（下）与真实碰撞（上）测试比较，来源：B站up主 依然Dy
具备优秀物理引擎的沙盒游戏《BeamNG》中的汽车碰撞效果（下）与真实碰撞（上）测试比较，来源：B站up主 依然Dy
那么，游戏中碰撞检测的背后是什么原理呢？
试想一下,一个有N个物体的场景,如果我们对这些物体每两个之间进行碰撞检测,需要的计算复杂度是O(N²) ,这对于计算机显然是不能接受的.
所以我们将碰撞检测分成两个阶段来实现，Broad-Phase（粗略检测）和Narrow-Phase（精细检测）。
Broad-Phase
Broad-Phase是碰撞检测的第一个阶段，其主要目的是快速筛选出可能相互碰撞的物体对。在这个阶段，游戏引擎会使用各种空间划分技术，如AABB（Axis-Aligned Bounding Boxes，轴向包围盒）、OBB（Oriented Bounding Boxes，方向包围盒）、Sphere（球体）等，来简化物体的形状，并将这些简化后的形状存储在一个易于检索的数据结构中。
模型包围盒种类，来源：haroldserrano技术博客
常见的空间划分技术包括Uniform Grid（均匀网格）、Hierarchical Grids（层次网格）、Bounding Volume Hierarchical（BVH，包围盒层次结构）等。这些技术通过将游戏空间划分为多个子空间，并将物体分配到相应的子空间中，从而实现了对潜在碰撞体的快速筛选。
下图是以BVH为例，建立的碰撞检测流程。
碰撞检测流程，来源：haroldserrano技术博客
Narrow-Phase
在Broad-Phase初步的筛选过后，我们选出所有可能会碰撞的几何体对，Narrow-Phase的步骤是再对这些几何体进行精确的碰撞检测，比如采用凸包作为边界的体积进行碰撞检测。
模型凸包边界检测，来源：haroldserrano技术博客
在物理引擎中会用到各种各样碰撞体形状,有些形状的碰撞计算非常直观且简单,比如两个球形之间,判断两个圆心的距离是否大于半径之和,就能直接计算出是否碰撞.
其余的碰撞计算就不太直观，需要一些特定的算法，但是目的都是判断两个多边形是否相交，比如在游戏引擎中比较常用的是Gilbert-Johnson-Keerthi (GJK)算法。
与许多其他距离算法不同，GJK算法不要求几何数据以任何特定格式存储，而是仅依赖于一个支持函数来迭代生成更接近正确答案的单纯形，使用两个凸形状的配置空间障碍（CSO），也被称为闵可夫斯基差来判断两个形状是否有交集。
闵可夫斯基差中的面-顶点（Face-Vertex）碰撞类型和边-边（Edge-Edge）碰撞类型，来源：Wiki百科
地图引擎中的碰撞检测
在地图引擎中，碰撞检测技术同样扮演了重要的角色，也是渲染性能的重要组成部分。比如在二维瓦片、三维模型渲染之前，需要对其是否可见性进行判断，判断的依据就是根据模型的外包围盒进行碰撞检测，以此只渲染屏幕看得到的模型。这样做，大大提升了渲染性能。
Mapmost中碰撞检测应用之一——模型视锥体裁剪，来源：Mapmost引擎
碰撞检测在地图中的另一个重要运用是给标注添加避让效果。通过给定每个注记外包围盒，渲染时判断这些包围盒之间的距离是否小于某个阈值，小于了就只显示唯一一个，避免多个注记的重复叠加，影响用户的使用体验。
Mapmost中碰撞检测应用之一——注记避让效果，来源：Mapmost引擎
参考文献
https://www.bilibili.com/video/BV1PMWHeHEyb/?spm_id_from=333.880.my_history.page.click&vd_source=94abb2a8fc86022a0736e7f6850b4b2f
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https://www.bilibili.com/video/BV1Rf4y1J7WF/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.0&vd_source=94abb2a8fc86022a0736e7f6850b4b2f
https://mp.weixin.qq.com/s/7OG224y-uoA8ptLWzYzXrQ
https://www.bilibili.com/video/BV1T54y1H7Dm/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=94abb2a8fc86022a0736e7f6850b4b2f
https://zhuanlan.zhihu.com/p/113415779
https://en.wikipedia.org/wiki/Gilbert%E2%80%93Johnson%E2%80%93Keerthi_distance_algorithm
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