Unreal Engine 4-インタラクティブロープの構築

ステルスドラゴンパス:トレース中のフック爪遊び方では、ロープはUE 4のケーブルComponentを使用して構築されています.当初はこの方面のソースコードとドキュメントを見て、Unreal Engine 4のブログコラムで対応情報を検索することができます:転送ゲート.
UE 4のこのケーブルComponentは世界のシーンとインタラクティブではないので、このブログでは、このケーブルComponentに基づいてロープと世界のインタラクティブを実現する方法について説明します.

Verlet Integration

UCableComponentのソースコードを表示すると、Tick関数に次のようなコードが表示されます.

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

PerformSubstep関数の実装は次のとおりです.

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

VerletIntegrate関数を見て笑った.当初は専門的に研究していたので、対応する論文は以下の通りだ.

Cable Particle

UE 4のUCableComponentでは、ケーブルパーティクルを用いてロープをシミュレートし、Verlet Integrationと弛緩法を用いてロープ粒子のシミュレーションを行い、対応するSceneProxyでMeshの構築を行う.
UE 4のコードは以下の通りである.

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);
        }
    }
}

球形物体とのインタラクション

ロープと球形物体の相互作用をどのように実現すればいいですか?相対的には簡単で、リラックス法に検出を加えるだけです.ケーブルパーティクルが対応する球形の中に落ちたら、球面に直接押すだけです.
では、SolveConstraints関数を次のように変更します.

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);
        }
    }
}

Particleと物体の衝突を制約するためにSolveCollides関数が1つだけ追加されました.

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;
            }
        }
    }

}

これによりロープと球形の衝突が交互に実現される.

カプセルとの衝突

ロープとカプセルの衝突拘束も簡単で、対応する点をカプセルの表面に押すだけでよい.ここではコードを放出するのが不便で、読者は自分で実現することができます.

考える

UE 4のCable ComponentはVerlet Integrationを使用し,MeshはSceneProxyで構築する.ここでは球形&カプセル体との衝突が実現し、これで生地&ヘアピン&水面のシミュレーションが容易に実現できるのでしょうか…