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应力设计文档

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zhangqing
2026-01-23 18:52:18 +08:00
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docs/plans/2026-01-23-应力累积系统设计.md
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# 应力累积系统设计
**项目**: BladeSmith
**日期**: 2026-01-23
**目标**: 模拟多来源应力累积与物理表现
**设计原则**: 真实物理表现优先，辅助功能可选
---
## 1. 应力来源分类
### 1.1 塑性形变应力
**来源**: 锤击导致材料永久形变
**计算公式**:
```
Stress_plastic = k_plastic × StrainIncrement × Hardness
```
**参数说明**:
- `k_plastic = 10.0`: 塑性应力系数（可调）
- `StrainIncrement`: 本次锤击的应变增量
- `Hardness`: 当前硬度系数
**应用范围**: 锤击影响区域内的所有顶点
### 1.2 热应力
**来源**: 温度梯度导致内部膨胀不均匀
**计算公式**:
```
Stress_thermal = ThermalStressCoeff × CoolingRate × (T_current - 20°C)
```
**参数说明**:
- `ThermalStressCoeff = 0.005`: 热应力系数（可调）
- `CoolingRate`: 冷却速率（°C/s）
- `T_current`: 当前温度（°C）
- 20°C: 环境温度
**应用范围**: 所有体素和顶点
### 1.3 相变应力
**来源**: 马氏体转变导致体积膨胀
**计算公式**:
```
Stress_phase = PhaseStressCoeff × MartensiteFraction
```
**参数说明**:
- `PhaseStressCoeff = 50.0`: 相变应力系数（可调）
- `MartensiteFraction`: 马氏体转化比例
```
MartensiteFraction = clamp(CoolingRate / 80°C/s, 0, 1)
```
**应用范围**: 淬火区域的所有顶点
### 1.4 残余应力
**来源**: 锤击时周边材料限制形变
**计算公式**:
```
Stress_residual = k_residual × (TargetStrain - ActualStrain)
```
**参数说明**:
- `k_residual = 5.0`: 残余应力系数（可调）
- `TargetStrain`: 目标应变（基于锤击强度）
- `ActualStrain`: 实际应变（受限后）
**应用范围**: 锤击区域周边的顶点
---
## 2. 应力累积规则
### 2.1 总应力计算
**综合应力公式**:
```
TotalStress = Stress_plastic + Stress_thermal + Stress_phase + Stress_residual
```
**顶点更新**:
```
InternalStress += TotalStress × DeltaTime
```
**应力限制**:
```
InternalStress = clamp(InternalStress, 0.0, MaxStress)
```
其中`MaxStress`为材料极限应力，可配置。
### 2.2 应力扩散机制
**目的**: 应力向周围顶点扩散，模拟真实物理行为
**拉普拉斯平滑**:
```
Stress_diffused = Stress_original + α × (AverageNeighborStress - Stress_original)
```
**参数说明**:
- `α`: 扩散系数（0.1-0.3，可调）
- `AverageNeighborStress`: 相邻顶点的平均应力
**实现方式**:
每帧对每个顶点执行扩散，迭代1-2次。
### 2.3 应力松弛机制
**温度驱动的松弛**:
**松弛因子**:
```
RelaxationFactor =
0.99 (T < 100°C, 常温慢松弛)
0.90 (200°C ≤ T < 400°C, 回火快松弛)
0.85 (T ≥ 400°C, 快速松弛)
```
**每帧更新**:
```
InternalStress = InternalStress × RelaxationFactor
```
**时间常数公式**:
```
InternalStress = InternalStress × exp(-t / τ)
```
其中:
- `t`: 时间（秒）
- `τ`: 松弛时间常数
- τ = 60秒（常温）
- τ = 10秒（回火温度）
---
## 3. 应力对形变阻力的影响
### 3.1 形变阻力公式
**DeformationResistance（形变阻力）**:
```
DeformationResistance = BaseResistance × HardnessFactor × StressFactor × TemperatureFactor
```
### 3.2 各因子详细公式
**基础阻力**:
```
BaseResistance = 1.0
```
**硬度因子**:
```
HardnessFactor = 1.0 + (Hardness / MaxHardness) × 2.0
```
硬度越高，形变阻力越大（最大3倍阻力）。
**应力因子**:
```
StressFactor = 1.0 + (InternalStress / StressLimit) × 1.5
```
应力越高，材料越难形变（最大2.5倍阻力）。
**温度因子**:
```
TemperatureFactor =
3.0 (T > 800°C, 高温软)
1.5 (500°C < T ≤ 800°C, 中温)
1.0 (T ≤ 500°C, 常温)
```
### 3.3 顶点位移计算
**锤击位移**:
```
Displacement = BaseDisplacement / DeformationResistance
```
**应力高的区域**:
- 更难锻打
- 需要更用力
- 或重复锤击
---
## 4. 应力物理表现
### 4.1 弯曲/扭曲机制
**弯曲角度公式**:
```
BendAngle = (StressLocal - StressAverage) × BendSensitivity
BendDirection = CrossProduct(HammerDirection, Normal)
```
**实现步骤**:
1. 计算应力梯度:
```
∇Stress = Stress_neighbor - Stress_center
```
2. 应用顶点位移:
```
VertexPosition += BendDirection × BendAngle × DistanceFromCenter
```
**扭曲公式**:
当材料两侧应力不均匀时:
```
TwistAngle = (Stress_Left - Stress_Right) × TwistSensitivity
VertexPosition = RotateAroundAxis(VertexPosition, Axis, TwistAngle)
```
**视觉效果**:
- 刀身沿应力梯度方向自然弯曲
- 应力集中区域出现扭曲
- 大幅应力差导致明显形变
### 4.2 裂纹起始判定
**临界应力阈值**:
```
CriticalStressThreshold = MaterialStrength × SafetyFactor
```
其中:
- `MaterialStrength`: 材料强度（可配置，默认100.0）
- `SafetyFactor`: 安全系数（默认1.2）
**开裂条件**:
```
if (InternalStress > CriticalStressThreshold)
{
CreateCrack(Vertex);
}
```
**概率开裂**:
为避免一次性开裂过多，引入概率:
```
CrackProbability = (InternalStress / CriticalStressThreshold) - 1.0
if (Random() < CrackProbability)
{
CreateCrack(Vertex);
}
```
### 4.3 裂纹扩展机制
**裂纹生长方向**:
优先沿应力梯度方向扩展（应力最大方向）
**每帧检查**:
```
if (Vertex.IsCracked)
{
// 裂纹扩展概率
ExtendProbability = (InternalStress / CriticalStressThreshold) - 0.8
if (Random() < ExtendProbability)
{
// 找到应力最高的相邻顶点
TargetNeighbor = FindMaxStressNeighbor();
CrackTo(TargetNeighbor);
}
}
```
**裂纹合并**:
当两条裂纹相交时:
- 大块材料脱落
- 网格拓扑断裂
- 几何处理: 删除被包围的顶点和三角形
### 4.4 裂纹视觉表现
**几何表现**:
1. **裂缝开口**:
```
CrackVertex.Position += Normal × CrackOpeningWidth
```
其中`CrackOpeningWidth`为裂缝开口宽度（可配置）
2. **边缘抖动**:
裂纹边缘顶点位置随机抖动，模拟粗糙断裂
**材质表现**:
1. **锈迹**:
- 裂纹区域显示RustTexture
- 锈迹深度基于裂纹时间
2. **内部氧化**:
- 裂缝深处更暗
- 模拟内部氧化
3. **纹理扰动**:
使用顶点法线扰动模拟裂纹纹理
**物理影响**:
- 裂纹区域的硬度系数降为0.3
- 裂纹顶点不再参与后续锻打形变（断裂）
### 4.5 应力释放事件
**开裂后应力释放**:
```
if (CrackCreated)
{
InternalStress = InternalStress × 0.3 // 应力释放
// 释放应力用于下次计算
}
```
**回火对应力的影响**:
加热至回火温度（200-400°C）:
- 加速应力松弛（详见松弛机制）
- 但如果已经开裂，裂纹无法愈合
---
## 5. 应力可视化（辅助功能）
### 5.1 应力扫描模式
**触发方式**:
- 玩家按住特定键（如Alt键）切换到"应力视图"
- 或在UI中选择"应力扫描"工具
**视觉效果**:
**顶点颜色着色**（彩虹色谱）:
```
// 蓝色：低应力（< 30% StressLimit）
if (Stress < 0.3 × StressLimit)
{
Color = Lerp(Blue, Green, StressRatio);
}
// 绿色：中等应力（30-60% StressLimit）
else if (Stress < 0.6 × StressLimit)
{
Color = Lerp(Green, Yellow, StressRatio);
}
// 黄色：高应力（60-90% StressLimit）
else if (Stress < 0.9 × StressLimit)
{
Color = Lerp(Yellow, Red, StressRatio);
}
// 红色：接近开裂（≥ 90% StressLimit）
else
{
Color = Red;
// 叠加闪烁效果
Emissive = Flicker();
}
```
**应力流线**（可选）:
- 显示应力传导路径
- 从高应力区域流向低应力区域
- 帮助玩家理解应力分布
**UI面板**:
- 实时显示最大应力值
- 平均应力值
- 超阈值顶点数量
- 裂纹数量
### 5.2 退出可视化
**恢复正常视觉**:
释放辅助功能键后，完全恢复正常视觉表现:
- 顶点颜色恢复到正常状态（打磨度、回火色等）
- 材质参数恢复
- 无任何残留效果
---
## 6. 实现架构
### 6.1 GPU-CPU分工
**GPU Compute Shader职责**:
- 热应力计算
- 应力扩散（简化版）
**CPU职责**:
- 塑性应力计算
- 相变应力应用
- 残余应力计算
- 应力累积
- 形变阻力计算
- 弯曲/扭曲应用
- 裂纹判定与扩展
- 应力扫描可视化
### 6.2 数据结构
**顶点属性扩展**:
```cpp
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* InternalStress; // 内部应力值
TDynamicMeshVertexAttribute<uint8>* CrackState; // 裂纹状态（0=无, 1=有）
```
**裂纹数据结构**:
```cpp
USTRUCT(BlueprintType)
struct FCrackData
{
GENERATED_BODY()
UPROPERTY()
int32 StartVertex; // 裂纹起始顶点ID
UPROPERTY()
int32 EndVertex; // 裂纹结束顶点ID
UPROPERTY()
float CrackWidth; // 裂纹宽度
UPROPERTY()
float CrackDepth; // 裂纹深度
UPROPERTY()
float CreationTime; // 创建时间
};
```
### 6.3 性能优化
**应力扩散**:
- 只在锤击后更新，每帧不需要
- 局部扩散，仅受影响区域
**裂纹判定**:
- 仅在高应力区域检查
- 使用空间分区加速
**可视化**:
- 应力扫描模式按需启用
- 使用简化着色器
---
## 7. 参数配置
### 7.1 可调参数（蓝图可配）
| 参数名 | 默认值 | 范围 | 说明 |
|-------|--------|------|------|
| `MaxStress` | 150.0 | 100-200 | 最大应力值 |
| `k_plastic` | 10.0 | 5-20 | 塑性应力系数 |
| `ThermalStressCoeff` | 0.005 | 0.001-0.01 | 热应力系数 |
| `PhaseStressCoeff` | 50.0 | 20-100 | 相变应力系数 |
| `k_residual` | 5.0 | 2-10 | 残余应力系数 |
| `DiffusionAlpha` | 0.2 | 0.1-0.3 | 扩散系数 |
| `BendSensitivity` | 0.001 | 0.0005-0.002 | 弯曲敏感度 |
| `TwistSensitivity` | 0.0005 | 0.0002-0.001 | 扭曲敏感度 |
| `CriticalStressThreshold` | 120.0 | 80-150 | 临界应力 |
| `CrackOpeningWidth` | 0.05 | 0.01-0.1 | 裂纹宽度 |
| `RelaxationTimeNormal` | 60.0 | 30-120 | 常温松弛时间 |
| `RelaxationTimeTemper` | 10.0 | 5-20 | 回火松弛时间 |
### 7.2 调试工具
- 应力热图：实时显示应力分布
- 裂纹追踪：记录裂纹生成和扩展
- 应力时间线：记录应力变化历史
- 统计面板：最大应力、平均应力、裂纹数量
---
## 8. 实施计划
### 8.1 第一阶段：应力计算（1天）
- [ ] 四种应力来源实现
- [ ] 应力累积规则
- [ ] 应力扩散机制
- [ ] 应力松弛机制
- [ ] 单元测试
### 8.2 第二阶段：形变阻力（0.5天）
- [ ] 形变阻力公式
- [ ] 顶点位移计算
- [ ] 参数调优
- [ ] 集成测试
### 8.3 第三阶段：物理表现（1.5天）
- [ ] 弯曲/扭曲机制
- [ ] 裂纹起始判定
- [ ] 裂纹扩展逻辑
- [ ] 裂纹视觉表现
- [ ] 几何处理（裂纹开口、抖动）
- [ ] 材质表现（锈迹、氧化）
### 8.4 第四阶段：辅助功能（0.5天）
- [ ] 应力扫描模式
- [ ] 顶点颜色着色
- [ ] UI面板
- [ ] 应力流线（可选）
### 8.5 第五阶段：集成测试（0.5天）
- [ ] 完整流程测试
- [ ] 性能Profiling
- [ ] 参数调优
- [ ] 文档更新
---
**文档版本**: 1.0
**最后更新**: 2026-01-23
**状态**: 设计完成，待评审
docs/plans/2026-01-23-淬火退火相变与应力疲劳系统总览.md
+424
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@@ -0,0 +1,424 @@
# 淬火退火相变与应力疲劳系统总览
**项目**: BladeSmith
**日期**: 2026-01-23
**目标**: 实现游戏娱乐级的高真实度冶金学物理系统
**性能目标**: 60 FPS @ 锤击操作
---
## 1. 设计目标
### 1.1 核心物理现象
实现以下冶金学物理过程：
1. **淬火硬化（马氏体相变）**
- 快速冷却改变晶体结构
- 极大提升硬度和脆性
- 温度区间与冷却速率双参数控制
2. **退火/回火机制**
- 重新加热软化材料
- 应力松弛，硬度降低
- 可逆性支持（可多次热处理）
3. **应力累积与松弛**
- 多来源应力：塑性形变、热应力、相变应力、残余应力
- 应力影响形变阻力和开裂风险
- 温度驱动的应力松弛机制
4. **疲劳累积与耐久度**
- 反复锻打导致的材料疲劳
- 裂纹起始与扩展机制
- 刀具使用中的耐久度系统
### 1.2 设计原则
- **游戏体验优先**: 简化物理模型，保留核心机制，60 FPS性能
- **三阶段可视化**: 淬火过程高辨识度→冷却过渡→真实物理表现
- **渐进式实现**: 分阶段开发，每阶段可独立运行
- **架构扩展性**: 为未来功能预留接口
- **YAGNI原则**: 避免过度设计，专注核心功能
---
## 2. 整体架构方案
### 2.1 混合体素-顶点架构
**核心思想**: 体素存储"物理场"，顶点存储"材料历史"
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 锤击输入 │
└─────────────────┬───────────────────────────────────────┘
│
┌────────┴────────┐
│ │
┌────▼─────┐ ┌─────▼────┐
│ 体素层 │ │ 顶点层 │
│ (GPU) │ │ (GPU) │
└────┬─────┘ └─────┬────┘
│ │
│ 双向采样通信 │
└────────┬────────┘
│
┌────────▼────────┐
│ 渲染 & 显示 │
└─────────────────┘
```
### 2.2 体素层（全局物理场）
**存储内容**:
- 温度场（已有）
- 冷却速率场（用于淬火判定）
- 相态标记（0=奥氏体, 1=马氏体, 2=珠光体, 3=开裂）
**分辨率**: 50×50×50（可配置）
**更新方式**: GPU Compute Shader（Ping-Pong双缓冲）
### 2.3 顶点层（局部材料历史）
**存储内容**:
- 硬度系数（影响形变阻力）
- 脆性系数（影响开裂风险）
- 内部应力值（标量简化）
- 疲劳值（0-1，影响耐久度）
- 相态标记（从体素采样）
- 回火颜色（用于真实视觉表现）
- 氧化层度数（用于氧化层表现）
- 打磨度（表面状态）
**数量**: 20-50万顶点（基础）
### 2.4 数据流
```
锤击事件
↓
1. 形变计算（顶点位移）
↓
2. 应力累积（塑性应力+残余应力）
↓
3. 从温度体素采样相态和材料参数
↓
4. 硬度/脆性计算（基于相变+冷却速率）
↓
5. 更新顶点属性（硬度、应力、疲劳）
↓
6. 应力扩散与松弛
↓
7. 疲劳累积与裂纹判定
↓
8. 材质可视化更新
```
---
## 3. 子系统概述
### 3.1 淬火退火相变系统
**目标**: 实现基于温度和冷却速率的真实热处理效果
**核心机制**:
- 温度区间判定（800-1200°C）
- 冷却速率计算（快速/中速/慢速）
- 硬度倍数映射（基于Sigmoid函数）
- 脆性系数增加（基于冷却速率）
- 相态标记永久保留
**可视化**:
- 三阶段可视化：过程高辨识度→冷却过渡→真实物理表现
- 真实回火色系统（基于最后回火温度）
- 氧化层表现（基于冷却介质）
**详细设计**: 见 [淬火退火相变系统设计.md](./2026-01-23-淬火退火相变系统设计.md)
### 3.2 应力累积系统
**目标**: 模拟多来源应力累积与物理表现
**应力来源**:
- 塑性形变应力（锤击）
- 热应力（温度梯度）
- 相变应力（马氏体膨胀）
- 残余应力（外部约束）
**物理表现**:
- 弯曲/扭曲（应力梯度导致）
- 裂纹起始与扩展（应力超阈值）
- 应力松弛（温度驱动）
**辅助功能**:
- 应力扫描模式（玩家主动开启）
- 彩虹色谱可视化应力分布
**详细设计**: 见 [应力累积系统设计.md](./2026-01-23-应力累积系统设计.md)
### 3.3 疲劳累积与耐久度系统
**目标**: 模拟材料疲劳和刀具耐久度
**疲劳机制**:
- 累积式疲劳值（每次锻打增加）
- 应力和温度影响疲劳率
- 疲劳裂纹起始与扩展
**耐久度系统**:
- 基于平均疲劳、裂纹数量、最大应力
- 使用中的损伤累积
- 回火部分恢复耐久度
**详细设计**: 见 [疲劳累积与耐久度系统设计.md](./2026-01-23-疲劳累积与耐久度系统设计.md)
---
## 4. 数据结构设计
### 4.1 扩展体素结构
```cpp
USTRUCT(BlueprintType)
struct FTemperatureVoxel
{
GENERATED_BODY()
// ===== 已有字段 =====
UPROPERTY()
float Temperature; // 温度（°C）
UPROPERTY()
float PlasticityCoefficient; // 塑性系数（0-1）
UPROPERTY()
uint8 Flags; // 标志位（bit 0: 表面体素）
// ===== 新增字段 =====
UPROPERTY()
float CoolingRate; // 冷却速率（°C/s）
UPROPERTY()
uint8 PhaseState; // 相态（0=奥氏体, 1=马氏体, 2=珠光体, 3=开裂）
FTemperatureVoxel()
: Temperature(20.0f)
, PlasticityCoefficient(0.0f)
, Flags(0)
, CoolingRate(0.0f)
, PhaseState(0)
{}
};
```
### 4.2 顶点自定义属性
```cpp
// 在DynamicIronBlock.h中添加
class ADynamicIronBlock : public ADynamicMeshActor
{
// 顶点属性层（使用FDynamicMesh3的扩展属性系统）
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* HardnessCoefficient; // 硬度系数
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* Brittleness; // 脆性系数（0-1）
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* InternalStress; // 内部应力值
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* FatigueValue; // 疲劳值（0-1）
TDynamicMeshVertexAttribute<uint8>* PhaseState; // 相态标记
TDynamicMeshVertexAttribute<FVector>* TemperColor; // 回火颜色
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* OxidationLevel; // 氧化层度数
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* PolishAmount; // 打磨度
};
```
### 4.3 顶点颜色编码方案
由于顶点颜色只有4通道（RGBA），需要精心分配：
| 通道 | 用途 | 范围 | 说明 |
|------|------|------|------|
| **R** | 温度可视化 | 0-1 | 淬火过程：温度映射，冷却后恢复 |
| **G** | 打磨度 | 0-1 | 0=生锈，1=光亮金属 |
| **B** | 噪声种子 | 0-1 | 用于无漂移纹理采样 |
| **A** | 辅助标记 | 0-3 | 0=正常, 1=裂纹区, 2=淬火区（临时） |
额外数据通过UV1通道或自定义属性传递。
---
## 5. GPU-CPU分工
### 5.1 GPU Compute Shader职责
- 体素层面热力学计算
- 温度场更新
- 冷却速率计算
- 相态判定
- 应力扩散（简化版）
### 5.2 CPU职责
- 顶点属性更新
- 锤击碰撞检测
- 形变计算
- 硬度/脆性/应力/疲劳公式应用
- 开裂判定
- 材质可视化更新
- 游戏逻辑（辅助功能触发）
---
## 6. 性能预算
### 6.1 目标帧时间分解（60 FPS = 16.67ms）
| 系统 | 预算 | 说明 |
|------|------|------|
| 渲染（UE5基础） | 10ms | 场景渲染、后处理 |
| 锤击形变计算 | 2-3ms | 顶点位移、BVH更新 |
| 网格质量优化 | 1-2ms | 边翻转、平滑 |
| GPU物理计算 | 1ms | Compute Shader（异步） |
| 应力/疲劳更新 | 0.5ms | 公式计算 |
| 材质可视化 | 0.5ms | 顶点颜色更新 |
| **总锤击开销** | **≤7ms** | 保持在预算内 |
### 6.2 内存预算
| 数据 | 大小 | 说明 |
|------|------|------|
| 网格顶点（20万） | 16.8 MB | 84字节/顶点（新增属性） |
| 网格三角形（40万） | 4.8 MB | 3×4字节索引 |
| BVH结构 | 5 MB | 加速结构 |
| 物理场体素（50³） | 0.4 MB | 扩展后的体素结构 |
| GPU缓冲区 | 3 MB | Ping-Pong缓冲 |
| **单铁块总计** | **~30 MB** | 可接受 |
---
## 7. 实施计划
### 阶段1：淬火退火相变系统（3-4天）
**目标**: 实现完整的热处理机制
- [ ] 扩展体素结构（冷却速率、相态）
- [ ] 顶点硬度/脆性属性系统
- [ ] 温度区间判定逻辑
- [ ] 冷却速率计算（滑动平均）
- [ ] 硬度/脆性公式实现
- [ ] 三阶段可视化系统
- [ ] 回火色系统
- [ ] 氧化层表现
**验收标准**:
- 淬火后硬度显著提升
- 冷却速率影响硬度和脆性
- 回火后硬度降低，应力松弛
- 视觉表现符合真实物理规律
### 阶段2：应力累积系统（2-3天）
**目标**: 实现应力累积与物理表现
- [ ] 应力来源分类与计算
- [ ] 应力累积规则
- [ ] 应力扩散机制
- [ ] 形变阻力公式
- [ ] 弯曲/扭曲机制
- [ ] 裂纹起始判定
- [ ] 裂纹扩展逻辑
- [ ] 应力扫描辅助功能
**验收标准**:
- 多来源应力正确累积
- 高应力区域形变困难
- 应力超阈值产生裂纹
- 裂纹沿应力梯度扩展
### 阶段3：疲劳累积与耐久度系统（2-3天）
**目标**: 实现材料疲劳和耐久度机制
- [ ] 疲劳值累积规则
- [ ] 应力和温度影响疲劳率
- [ ] 疲劳裂纹起始
- [ ] 裂纹扩展概率
- [ ] 耐久度计算公式
- [ ] 使用中的损伤累积
- [ ] 回火恢复机制
- [ ] 刀具失效判定
**验收标准**:
- 反复锻打疲劳累积
- 疲劳裂纹产生并扩展
- 耐久度正确计算
- 使用导致耐久度下降
- 回火部分恢复耐久度
### 阶段4：集成与优化（1-2天）
**目标**: 系统集成与性能优化
- [ ] 各子系统联动测试
- [ ] 参数调优
- [ ] 性能Profiling
- [ ] 调试工具完善
- [ ] 文档更新
**验收标准**:
- 60 FPS @ 连续锤击
- 所有功能正常运行
- 调试工具完善
- 文档齐全
---
## 8. 风险评估
### 8.1 技术风险
| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|------|------|------|---------|
| 公式过于复杂，性能不足 | 中 | 高 | 简化计算，使用GPU并行 |
| 参数调优困难 | 中 | 中 | 提供调试工具，分阶段测试 |
| 可视化效果不真实 | 中 | 中 | 参考真实照片，迭代优化 |
| 网格拓扑变化导致属性丢失 | 中 | 高 | 使用持久化ID追踪顶点 |
### 8.2 设计风险
| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|------|------|------|---------|
| 过度复杂化，开发周期过长 | 高 | 高 | 严格遵守YAGNI，分阶段验收 |
| 物理模型过于简化，真实感不足 | 中 | 中 | 阶段性用户测试，迭代调整 |
| 辅助功能与真实表现混淆 | 低 | 中 | 明确区分，UI提示清晰 |
---
## 9. 参考资料
### 9.1 物理基础
- 《金属塑性成形原理》（清华大学出版社）
- 《材料科学基础》（上海交通大学出版社）
- 《金属热处理原理与工艺》（机械工业出版社）
- *Metals Handbook: Heat Treating* (ASM International)
### 9.2 游戏案例
- *My Summer Car* - 机械装配真实度
- *BeamNG.drive* - 动态网格形变
- *Dwarf Fortress* - 材料属性系统
---
## 10. 文件索引
- [淬火退火相变系统设计.md](./2026-01-23-淬火退火相变系统设计.md)
- [应力累积系统设计.md](./2026-01-23-应力累积系统设计.md)
- [疲劳累积与耐久度系统设计.md](./2026-01-23-疲劳累积与耐久度系统设计.md)
---
**文档版本**: 1.0
**最后更新**: 2026-01-23
**状态**: 设计完成，待评审
docs/plans/2026-01-23-淬火退火相变系统设计.md
+436
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@@ -0,0 +1,436 @@
# 淬火退火相变系统设计
**项目**: BladeSmith
**日期**: 2026-01-23
**目标**: 实现基于温度和冷却速率的真实热处理效果
**设计原则**: 游戏体验优先，三阶段可视化
---
## 1. 核心机制
### 1.1 温度区间判定
**三个关键温度阈值**:
| 阈值名称 | 温度范围 | 效果 |
|---------|---------|------|
| 临界下限 | < 800°C | 淬火无效，硬度无提升 |
| 黄金区间 | 900-1100°C | 最佳淬火，硬度最大提升 |
| 临界上限 | > 1200°C | 材料开裂风险，硬度提升低 |
**温度区间修正系数（TemperatureFactor）**:
```
TemperatureFactor =
3.0 (900°C ≤ T ≤ 1100°C, 黄金区间)
1.8 (800°C ≤ T < 900°C 或 1100°C < T ≤ 1200°C, 次优区间)
0.5 (T < 800°C, 温度过低)
0.2 (T > 1200°C, 温度过高且可能开裂)
```
### 1.2 冷却速率计算
**基础公式**:
```
CoolingRate = |T_current - T_previous| / Δt
```
- `T_current`: 当前帧体素温度
- `T_previous`: Δt时间前的体素温度
- `Δt`: 采样时间窗口（推荐0.5-1.0秒）
**滑动平均平滑**:
```
CoolingRate_smoothed = Σ(CoolingRate_i) / N (i=1 to N, N=10)
```
使用过去10帧的平均值，消除瞬时波动。
---
## 2. 硬度映射系统
### 2.1 硬度倍数公式
**基于冷却速率的Sigmoid函数**:
```
HardnessMultiplier = BaseMultiplier × Sigmoid(CoolingRate)
```
其中:
```
Sigmoid(CoolingRate) = 1 + 2 / (1 + exp(-k × (CoolingRate - Threshold)))
```
**参数说明**:
- `BaseMultiplier = 1.0`: 基准倍数
- `Threshold = 35°C/s`: 中点冷却速率
- `k = 0.1`: 曲线陡峭度（可调节）
**冷却速率分类**:
- 快速冷却（>50°C/s）: 水淬，硬度最高
- 中速冷却（20-50°C/s）: 油淬，硬度适中
- 慢速冷却（<20°C/s）: 空冷，硬度低（退火）
### 2.2 最终硬度计算
**综合硬度公式**:
```
FinalHardness = InitialHardness × HardnessMultiplier × TemperatureFactor
```
**硬度系数对形变的影响**:
```
HardnessFactor = 1.0 + (Hardness / MaxHardness) × 2.0
```
硬度越高，形变阻力越大（最大3倍阻力）。
---
## 3. 脆性计算系统
### 3.1 脆性系数公式
**基础脆性公式**:
```
Brittleness = BaseBrittleness + BrittlenessIncrease × CoolingRate_normalized
```
**参数说明**:
- `BaseBrittleness = 0.1`: 基准脆性（未经淬火的钢）
- `BrittlenessIncrease = 0.6`: 最大脆性增加量
- `CoolingRate_normalized`: 归一化冷却速率
```
CoolingRate_normalized = clamp(CoolingRate / 80°C/s, 0, 1)
```
**脆性对开裂的影响**:
脆性系数与开裂概率直接相关，详见应力系统文档。
### 3.2 脆性可视化阈值
| 脆性范围 | 颜色 | 含义 |
|---------|------|------|
| < 0.3 | 绿色 | 韧性良好 |
| 0.3 - 0.6 | 黄色 | 中度脆性 |
| ≥ 0.6 | 红色 | 高度脆性 |
---
## 4. 内部应力公式
### 4.1 应力分量
**热应力分量（温度梯度）**:
```
StressThermal = ThermalStressCoeff × CoolingRate × (T_current - 20°C)
```
- `ThermalStressCoeff = 0.005`: 热应力系数（可调）
- `T_current`: 当前温度（°C）
- 20°C: 环境温度
**相变应力分量（马氏体体积膨胀）**:
```
StressPhase = PhaseStressCoeff × MartensiteFraction
```
- `PhaseStressCoeff = 50.0`: 相变应力系数
- `MartensiteFraction`: 马氏体转化比例
```
MartensiteFraction = clamp(CoolingRate / 80°C/s, 0, 1)
```
**总应力**:
```
InternalStress = StressThermal + StressPhase
```
### 4.2 应力松弛机制
**温度驱动的松弛公式**:
```
RelaxationFactor =
0.99 (T < 100°C, 常温慢松弛)
0.90 (200°C ≤ T < 400°C, 回火快松弛)
0.85 (T ≥ 400°C, 快速松弛)
```
**每帧更新**:
```
InternalStress = InternalStress × RelaxationFactor
```
---
## 5. 相态系统
### 5.1 相态枚举
每个体素维护相态标记:
```cpp
enum class EPhaseState : uint8
{
Austenite = 0, // 奥氏体（软）
Martensite = 1, // 马氏体（硬）
Pearlite = 2, // 珠光体（中）
Cracked = 3 // 开裂（永久缺陷）
};
```
### 5.2 相变判定规则
**奥氏体→马氏体（淬火）**:
```
if (Temperature > 800°C && CoolingRate > 20°C/s)
{
PhaseState = EPhaseState::Martensite;
// 硬度和脆性提升
}
```
**奥氏体→珠光体（退火）**:
```
if (Temperature > 800°C && CoolingRate < 20°C/s)
{
PhaseState = EPhaseState::Pearlite;
// 硬度适中，脆性低
}
```
**重置相态**:
```
if (Temperature > 800°C && TimeAbove800C > 5.0s)
{
PhaseState = EPhaseState::Austenite;
// 材料回到软态，可重新淬火
}
```
---
## 6. 三阶段可视化设计
### 6.1 阶段1：淬火过程（临时高辨识度）
**目的**: 给玩家实时反馈，知道淬火是否成功、哪些区域被覆盖
**顶点颜色强制覆盖**:
```
// R通道：温度的互补色
R = 1.0 - Temperature / MaxTemperature
// G通道：冷却速率（快=绿色，慢=红色）
G = clamp(1.0 - CoolingRate / 80°C/s, 0, 1)
// B通道：硬度倍数（暗色=软，亮色=硬）
B = (Hardness - MinHardness) / (MaxHardness - MinHardness)
// A通道：脆性（透明=韧性，不透明=脆）
A = Brittleness
```
**材质临时参数**:
- 自发光：启用，随温度变化
- 金属度：暂时设为1.0（全金属感）
- 粗糙度：暂时设为0.0（镜面反光）
**UI辅助**:
- 屏幕边缘显示"淬火进行中"
- 顶点统计："淬火覆盖率：XX%"
- 品质评分实时显示
### 6.2 阶段2：冷却过渡（逐步恢复正常）
**目的**: 从游戏化反馈平滑过渡到真实物理表现
**颜色过渡**（0.5-1.0秒）:
```
// 插值因子
Alpha = (CurrentTime - QuenchStartTime) / TransitionDuration
// R通道：温度回归到常温
R = Lerp(TemporaryR, 0.0, Alpha)
// G通道：恢复到打磨度
G = Lerp(TemporaryG, PolishAmount, Alpha)
// B通道：恢复到噪声种子
B = Lerp(TemporaryB, NoiseSeed, Alpha)
// A通道：保留相态标记
A = PhaseState // 0=奥氏体, 1=马氏体, 2=珠光体, 3=开裂
```
**材质过渡**:
```
// 自发光：指数衰减至0
Emissive = TemporaryEmissive × exp(-Alpha × 5.0)
// 金属度/粗糙度：恢复到打磨度驱动
Metallic = 0.5 + PolishAmount × 0.5
Roughness = 0.6 - PolishAmount × 0.4
```
### 6.3 阶段3：最终真实表现（永久保留）
**目的**: 展示真实的物理热处理效果
**回火色系统**:
回火色映射（新增TemperColor顶点属性）:
| 回火温度 | 颜色 | RGB值 |
|---------|------|-------|
| 20-150°C（无回火） | 银灰色 | (0.8, 0.8, 0.8) |
| 150-200°C | 淡黄色 | (0.95, 0.9, 0.7) |
| 200-250°C | 金黄/麦秆色 | (0.95, 0.8, 0.4) |
| 250-300°C | 棕色 | (0.7, 0.5, 0.3) |
| 300-350°C | 紫色 | (0.6, 0.4, 0.7) |
| 350-400°C | 蓝色 | (0.4, 0.5, 0.8) |
| >400°C | 灰色 | (0.6, 0.6, 0.6) |
实现方式: 根据最后回火温度设置顶点TemperColor属性。
**氧化层表现**:
新增OxidationLevel顶点属性（0-1）:
| 冷却介质 | OxidationLevel | 视觉效果 |
|---------|---------------|---------|
| 水淬 | 0.8-1.0 | 深色氧化层 |
| 油淬 | 0.4-0.6 | 浅棕色氧化层 |
| 空冷 | 0.1-0.3 | 轻微氧化 |
**最终材质组合**:
```
BaseColor = OxidationColor × (1 - PolishAmount) + TemperColor × PolishAmount
```
其中:
- `OxidationColor`: 基于OxidationLevel的深灰色
- `TemperColor`: 基于TemperColor的回火色
- `PolishAmount`: 打磨度（打磨后露出金属底色）
**相态的微妙影响**:
虽然马氏体组织肉眼不可见，但通过细微色调表现:
- 马氏体区域: 略微更冷色调（蓝灰倾向）
- 珠光体区域: 略微更暖色调（棕灰倾向）
- 奥氏体区域: 中性灰调
---
## 7. 实现架构
### 7.1 GPU-CPU分工
**GPU Compute Shader职责**:
- 体素层面热力学计算
- 温度场更新
- 冷却速率计算（滑动平均）
- 相态判定
- 热应力计算
**CPU职责**:
- 顶点属性更新
- 硬度/脆性公式应用
- 相态采样到顶点
- 三阶段可视化逻辑
- 材质参数更新
### 7.2 数据流
```
温度更新（GPU）
↓
冷却速率计算（GPU）
↓
相态判定（GPU）
↓
硬度/脆性公式（CPU）
↓
顶点属性更新（CPU）
↓
材质可视化（CPU）
```
### 7.3 性能优化
**冷却速率计算**:
- 使用Ping-Pong双缓冲避免冲突
- 滑动平均使用历史缓冲，减少计算量
**相态判定**:
- 只在温度变化时重新计算
- 使用标志位避免重复判定
**可视化**:
- 临时效果使用简单着色器
- 最终效果复用现有材质系统
---
## 8. 参数配置
### 8.1 可调参数（蓝图可配）
| 参数名 | 默认值 | 范围 | 说明 |
|-------|--------|------|------|
| `CriticalTempLow` | 800.0°C | 600-900 | 临界下限 |
| `CriticalTempHigh` | 1200.0°C | 1100-1400 | 临界上限 |
| `GoldTempMin` | 900.0°C | 800-1000 | 黄金区间下限 |
| `GoldTempMax` | 1100.0°C | 1000-1200 | 黄金区间上限 |
| `CoolingRateThreshold` | 35.0°C/s | 20-50 | Sigmoid中点 |
| `SigmoidK` | 0.1 | 0.05-0.2 | 曲线陡峭度 |
| `ThermalStressCoeff` | 0.005 | 0.001-0.01 | 热应力系数 |
| `PhaseStressCoeff` | 50.0 | 20-100 | 相变应力系数 |
| `RelaxationTimeNormal` | 60.0s | 30-120 | 常温松弛时间 |
| `RelaxationTimeTemper` | 10.0s | 5-20 | 回火松弛时间 |
### 8.2 调试工具
- 体素可视化：显示温度、冷却速率、相态
- 顶点属性检查：硬度、脆性、应力值
- 时间线：记录淬火-回火过程
- 统计面板：覆盖率、平均硬度、最大脆性
---
## 9. 实施计划
### 9.1 第一阶段：核心公式（1天）
- [ ] 冷却速率计算
- [ ] 硬度/脆性公式
- [ ] 相态判定逻辑
- [ ] 单元测试
### 9.2 第二阶段：顶点属性（1天）
- [ ] 顶点属性扩展
- [ ] 公式应用到顶点
- [ ] 材质参数更新
- [ ] 基础可视化
### 9.3 第三阶段：三阶段可视化（1-2天）
- [ ] 淬火过程临时效果
- [ ] 冷却过渡动画
- [ ] 回火色系统
- [ ] 氧化层表现
- [ ] UI辅助工具
### 9.4 第四阶段：集成测试（0.5天）
- [ ] 完整流程测试
- [ ] 性能Profiling
- [ ] 参数调优
- [ ] 文档更新
---
**文档版本**: 1.0
**最后更新**: 2026-01-23
**状态**: 设计完成，待评审
docs/plans/2026-01-23-疲劳累积与耐久度系统设计.md
+629
View File
@@ -0,0 +1,629 @@
# 疲劳累积与耐久度系统设计
**项目**: BladeSmith
**日期**: 2026-01-23
**目标**: 模拟材料疲劳和刀具耐久度
**设计原则**: 累积式疲劳，可恢复耐久度
---
## 1. 疲劳累积机制
### 1.1 疲劳值定义
**疲劳值（Fatigue）**:
- 范围：0（完好）到 1（完全疲劳/失效）
- 每个顶点独立维护
- 累积式，不可逆（除非回火）
### 1.2 疲劳累积规则
**基础公式**:
```
Fatigue += BaseFatigueRate × StressFactor × TemperatureFactor × DeltaTime
```
### 1.3 各因子详细说明
**基础疲劳率（BaseFatigueRate）**:
| 锻打类型 | BaseFatigueRate | 说明 |
|---------|---------------|------|
| 正常锻打 | 0.001 | 标准锤击 |
| 过度锻打 | 0.005 | 形变过大（超过阈值） |
| 应力集中 | 0.010 | 高应力区域 |
判定过度锻打:
```
if (StrainIncrement > CriticalStrainThreshold)
{
BaseFatigueRate = 0.005; // 过度锻打
}
```
**应力因子**:
```
StressFactor = clamp(InternalStress / StressLimit, 1.0, 3.0)
```
应力越高，疲劳累积越快:
- 应力 < 1.0 × StressLimit: StressFactor = 1.0
- 应力 = 1.5 × StressLimit: StressFactor = 1.5
- 应力 ≥ 3.0 × StressLimit: StressFactor = 3.0
**温度因子**:
```
TemperatureFactor =
0.1 (T > 800°C, 高温疲劳慢)
1.0 (常温)
2.0 (T < 200°C, 低温疲劳快)
```
高温时材料更"柔软"，疲劳较慢；低温时更"脆"，疲劳快。
### 1.4 疲劳限制
```
Fatigue = clamp(Fatigue, 0.0, 1.0)
```
疲劳值达到1.0后不再增加，但可能触发失效。
---
## 2. 疲劳可视化（辅助功能）
### 2.1 疲劳扫描模式
**触发方式**:
- 玩家按住特定键（如Shift键）切换到"疲劳视图"
- 或在UI中选择"疲劳扫描"工具
### 2.2 视觉效果
**顶点颜色着色**:
```
// 蓝色：疲劳值 < 0.3
if (Fatigue < 0.3)
{
Color = Lerp(Blue, Green, Fatigue / 0.3);
}
// 绿色：疲劳值 0.3-0.7
else if (Fatigue < 0.7)
{
Color = Lerp(Green, Yellow, (Fatigue - 0.3) / 0.4);
}
// 黄色：疲劳值 0.7-0.9
else if (Fatigue < 0.9)
{
Color = Lerp(Yellow, Orange, (Fatigue - 0.7) / 0.2);
}
// 红色：疲劳值 > 0.9（危险区）
else
{
Color = Red;
// 叠加脉冲效果
Pulse = sin(Time × 5.0) × 0.5 + 0.5;
Emissive = Pulse × Red;
}
```
### 2.3 UI面板
- 平均疲劳值
- 最大疲劳值
- 危险区域数量（Fatigue > 0.9）
- 预估寿命
### 2.4 退出可视化
释放辅助功能键后，完全恢复正常视觉表现。
---
## 3. 疲劳裂纹系统
### 3.1 疲劳裂纹起始
**触发条件**:
```
if (Fatigue > 0.9 && InternalStress > 0.5 × StressLimit)
{
// 触发疲劳开裂
if (Random() < CrackProbability)
{
CreateFatigueCrack(Vertex);
}
}
```
**疲劳开裂概率**:
```
CrackProbability = (Fatigue - 0.9) × 10.0 // 最大1.0
```
疲劳值越高，开裂概率越大:
- Fatigue = 0.9: CrackProbability = 0.0
- Fatigue = 0.95: CrackProbability = 0.5
- Fatigue = 1.0: CrackProbability = 1.0
### 3.2 疲劳裂纹扩展
**每次锻打检查**:
```
if (Vertex.IsCracked && CrackType == Fatigue)
{
// 裂纹扩展概率
ExtendProbability = (Fatigue - 0.7) × 2.0
if (Random() < ExtendProbability)
{
// 找到疲劳值最高的相邻顶点
TargetNeighbor = FindMaxFatigueNeighbor();
CrackTo(TargetNeighbor);
}
}
```
**疲劳裂纹特点**:
- 沿高疲劳值方向扩展
- 扩展速度与疲劳值成正比
- 可能产生多条细小裂纹（应力裂纹通常是单条）
### 3.3 疲劳裂纹视觉表现
**几何表现**:
1. **细小裂缝**:
- 开口宽度较小（0.01-0.02）
- 多条裂纹可能交织
2. **边缘锯齿**:
- 裂纹边缘不光滑
- 顶点位置随机抖动
**材质表现**:
1. **表面氧化**:
- 显示轻微锈迹
- 氧化程度与时间相关
2. **内部损伤**:
- 深处 darker
- 模拟材料损伤
---
## 4. 耐久度系统
### 4.1 耐久度定义
**耐久度（Durability）**:
- 范围：0（损坏）到 1.0（完好）
- 基于整个刀具计算
- 影响刀具使用效果
### 4.2 耐久度计算公式
**综合耐久度**:
```
Durability = 1.0 - (AverageFatigue + CrackPenalty + StressPenalty)
```
**各分量说明**:
**平均疲劳**:
```
AverageFatigue = Σ(Fatigue_i) / VertexCount
```
**裂纹惩罚**:
```
CrackPenalty = CrackCount × 0.1 // 每条裂纹扣10%耐久
```
裂纹包括:
- 应力裂纹（由应力超阈值产生）
- 疲劳裂纹（由疲劳累积产生）
**应力惩罚**:
```
StressPenalty = (MaxStress / StressLimit) × 0.2
```
高应力区域最高扣除20%耐久度。
### 4.3 耐久度限制
```
Durability = clamp(Durability, 0.0, 1.0)
```
耐久度降到0后刀具可能失效。
---
## 5. 使用中的损伤累积
### 5.1 刀具使用场景
**切割/砍击**:
- 每次使用造成冲击
- 冲击点附近疲劳增加
**抛光/打磨**:
- 减少疲劳（回火效果）
- 恢复部分耐久度
### 5.2 冲击疲劳计算
**冲击应力**:
```
ImpactStress = ImpactForce × MaterialStiffness × (1 - ImpactAngle)
```
其中:
- `ImpactForce`: 冲击力（来自物理引擎）
- `MaterialStiffness`: 材料刚度
- `ImpactAngle`: 冲击角度（0-1，垂直=1.0）
**疲劳增量**:
```
Fatigue += ImpactStress / Durability × FatigueRate
```
其中:
- `FatigueRate`: 疲劳率（可配置，默认0.0001）
**局部更新**:
冲击影响半径内的顶点更新疲劳值。
### 5.3 耐久度实时更新
**每次使用后**:
```
// 重新计算耐久度
Durability = CalculateDurability();
// 更新UI
UpdateDurabilityUI();
```
---
## 6. 耐久度恢复机制
### 6.1 回火恢复
**加热至回火温度**（200-400°C）:
**疲劳恢复**:
```
if (Temperature > 200°C && Temperature < 400°C)
{
Fatigue -= 0.1 × DeltaTime; // 慢慢消除疲劳
Fatigue = clamp(Fatigue, 0.0, 1.0);
}
```
**耐久度恢复**:
```
if (Temperature > 200°C && Temperature < 400°C)
{
Durability += 0.05 × DeltaTime;
Durability = clamp(Durability, 0.0, 1.0);
}
```
**注意事项**:
- 疲劳可部分恢复
- 但裂纹无法愈合
- 裂纹惩罚永久存在
### 6.2 打磨恢复
**打磨操作**:
**表面损伤修复**:
- 打磨可去除表面疲劳痕迹
- 减少视觉上的"老伤"
**疲劳影响**:
```
if (PolishAmount > OldPolishAmount)
{
Fatigue -= (PolishAmount - OldPolishAmount) × 0.5;
Fatigue = clamp(Fatigue, 0.0, 1.0);
}
```
**耐久度影响**:
- 打磨不恢复耐久度
- 但可以改善外观
---
## 7. 刀具失效判定
### 7.1 失效条件
**条件1: 耐久度耗尽**:
```
if (Durability < 0.0)
{
BreakWeapon();
}
```
**条件2: 主裂纹存在**:
```
if (MajorCrackExists)
{
// 主裂纹判定：长度超过阈值或穿过关键区域
if (CrackLength > MajorCrackThreshold || CrackThroughCriticalArea)
{
BreakWeapon();
}
}
```
**条件3: 瞬时过载**:
```
if (ImpactForce > UltimateStrength)
{
// 瞬间断裂
InstantBreakWeapon();
}
```
### 7.2 失效表现
**几何表现**:
1. **断裂**:
- 刀身分离成两段
- 网格拓扑断裂
- 删除断裂部分的顶点和三角形
2. **破碎**:
- 多个小碎片
- 适合薄刃刀具
**材质表现**:
1. **断口**:
- 显示粗糙断裂面
- 颜色暗淡
- 无光泽
2. **音效**:
- 断裂音效
- 碎片掉落声
**物理表现**:
- 断裂部分掉落
- 受重力影响
- 碰撞地面产生音效
---
## 8. 实现架构
### 8.1 数据结构
**顶点属性扩展**:
```cpp
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* FatigueValue; // 疲劳值（0-1）
```
**裂纹数据结构**:
```cpp
UENUM(BlueprintType)
enum class ECrackType : uint8
{
Stress = 0, // 应力裂纹
Fatigue = 1, // 疲劳裂纹
Impact = 2 // 冲击裂纹
};
USTRUCT(BlueprintType)
struct FCrackData
{
GENERATED_BODY()
UPROPERTY()
int32 StartVertex; // 裂纹起始顶点ID
UPROPERTY()
int32 EndVertex; // 裂纹结束顶点ID
UPROPERTY()
TEnumAsByte<ECrackType> CrackType; // 裂纹类型
UPROPERTY()
float CrackWidth; // 裂纹宽度
UPROPERTY()
float CrackDepth; // 裂纹深度
UPROPERTY()
float CreationTime; // 创建时间
UPROPERTY()
bool bIsMajor; // 是否主裂纹
};
```
**刀具耐久度数据**:
```cpp
USTRUCT(BlueprintType)
struct FWeaponDurability
{
GENERATED_BODY()
UPROPERTY()
float Durability; // 耐久度（0-1）
UPROPERTY()
float AverageFatigue; // 平均疲劳
UPROPERTY()
int32 CrackCount; // 裂纹数量
UPROPERTY()
float MaxStress; // 最大应力
UPROPERTY()
int32 MajorCrackCount; // 主裂纹数量
};
```
### 8.2 GPU-CPU分工
**GPU Compute Shader职责**:
- 无（疲劳计算纯CPU）
**CPU职责**:
- 疲劳累积计算
- 疲劳裂纹判定
- 裂纹扩展逻辑
- 耐久度计算
- 使用中的损伤累积
- 回火/打磨恢复
- 刀具失效判定
- 疲劳扫描可视化
---
## 9. 性能优化
### 9.1 疲劳计算优化
**局部更新**:
- 锤击时仅更新受影响区域
- 使用空间分区加速查询
**批量更新**:
- 每帧最多更新N个顶点
- 使用优先级队列（高疲劳优先）
### 9.2 裂纹判定优化
**阈值检查**:
```
// 仅检查接近阈值的顶点
if (Fatigue > 0.8 && InternalStress > 0.5 × StressLimit)
{
// 检查裂纹
}
```
**空间分区**:
- 使用八叉树或BVH
- 快速查询相邻顶点
### 9.3 可视化优化
**疲劳扫描**:
- 按需启用
- 使用简化着色器
- 降低更新频率
---
## 10. 参数配置
### 10.1 可调参数（蓝图可配）
| 参数名 | 默认值 | 范围 | 说明 |
|-------|--------|------|------|
| `BaseFatigueRateNormal` | 0.001 | 0.0005-0.002 | 正常锻打疲劳率 |
| `BaseFatigueRateOverwork` | 0.005 | 0.002-0.01 | 过度锻打疲劳率 |
| `BaseFatigueRateStress` | 0.010 | 0.005-0.02 | 应力集中疲劳率 |
| `CriticalStrainThreshold` | 0.1 | 0.05-0.2 | 临界应变阈值 |
| `TemperatureFactorHigh` | 0.1 | 0.05-0.2 | 高温疲劳因子 |
| `TemperatureFactorNormal` | 1.0 | 0.8-1.2 | 常温疲劳因子 |
| `TemperatureFactorLow` | 2.0 | 1.5-2.5 | 低温疲劳因子 |
| `CrackPenalty` | 0.1 | 0.05-0.2 | 单条裂纹惩罚 |
| `StressPenalty` | 0.2 | 0.1-0.3 | 应力惩罚系数 |
| `FatigueRecoveryRate` | 0.1 | 0.05-0.2 | 回火疲劳恢复率 |
| `DurabilityRecoveryRate` | 0.05 | 0.02-0.1 | 回火耐久恢复率 |
| `ImpactFatigueRate` | 0.0001 | 0.00005-0.0002 | 冲击疲劳率 |
| `MajorCrackThreshold` | 10.0 | 5.0-20.0 | 主裂纹长度阈值 |
### 10.2 调试工具
- 疲劳热图：实时显示疲劳分布
- 疲劳时间线：记录疲劳变化历史
- 裂纹追踪：记录裂纹生成和扩展
- 耐久度面板：实时显示耐久度
- 预估寿命：基于当前疲劳率预估
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## 11. 实施计划
### 11.1 第一阶段：疲劳累积（1天）
- [ ] 疲劳值属性系统
- [ ] 疲劳累积规则
- [ ] 应力和温度因子
- [ ] 疲劳限制
- [ ] 单元测试
### 11.2 第二阶段：疲劳裂纹（1天）
- [ ] 疲劳裂纹起始判定
- [ ] 疲劳裂纹扩展逻辑
- [ ] 疲劳裂纹视觉表现
- [ ] 集成测试
### 11.3 第三阶段：耐久度系统（1天）
- [ ] 耐久度计算公式
- [ ] 使用中的损伤累积
- [ ] 回火/打磨恢复
- [ ] 耐久度UI
- [ ] 集成测试
### 11.4 第四阶段：刀具失效（0.5天）
- [ ] 失效条件判定
- [ ] 失效表现（几何/材质/音效）
- [ ] 集成测试
### 11.5 第五阶段：辅助功能（0.5天）
- [ ] 疲劳扫描模式
- [ ] 疲劳热图
- [ ] UI面板
- [ ] 调试工具
### 11.6 第六阶段：集成测试（0.5天）
- [ ] 完整流程测试
- [ ] 性能Profiling
- [ ] 参数调优
- [ ] 文档更新
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## 12. 风险评估
### 12.1 技术风险
| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|------|------|------|---------|
| 疲劳计算性能不足 | 中 | 中 | 局部更新，批量处理 |
| 裂纹判定过于频繁 | 低 | 高 | 提高阈值，减少检查 |
| 耐久度平衡困难 | 中 | 中 | 参数可调，快速迭代 |
### 12.2 设计风险
| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|------|------|------|---------|
| 疲劳积累过快，玩家受挫 | 中 | 高 | 降低基础疲劳率，提供恢复机制 |
| 刀具失效过于突然 | 低 | 中 | 增加预警，渐进式失效 |
| 辅助功能滥用 | 低 | 低 | 限制使用时长，增加冷却 |
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**文档版本**: 1.0
**最后更新**: 2026-01-23
**状态**: 设计完成，待评审