docs: 归档原 plans 目录,迁移实施清单到 impl/
原 docs/plans/ 下的 10 份混合文档(需求+设计混杂)归档到 docs/_archive/plans/ 作为决策考古用途。hammer-deformation-enhancement 实施清单迁移到 docs/impl/。后续工作产出统一进入 docs/requirements/ 与 docs/design/ 两个清晰分层。 Ultraworked with [Sisyphus](https://github.com/code-yeongyu/oh-my-openagent) Co-authored-by: Sisyphus <clio-agent@sisyphuslabs.ai>
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,684 @@
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# 刀刃形成技术细节
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**所属系统**: 高真实度锻造系统
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**文档类型**: 技术实现细节
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**最后更新**: 2026-01-22
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## 1. 问题分析
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### 1.1 核心难点
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锻造刀刃时需要：
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1. **材料沿边缘方向流动**（而非均匀扩散）
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2. **边缘保持平整锐利**（而非波浪状凸起）
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3. **厚度逐渐减小**（形成薄片状结构）
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当前系统的球形凸起（BulgeRatio）只能处理块状形变，无法满足刀刃形成的方向性需求。
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### 1.2 真实锻造物理过程
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```
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初始状态：圆柱形铁块
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███████████
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███████████
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第一次锻打：
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▼锤击
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███████████ ← 受击处变扁
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█████████████ ← 材料向侧面流动
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多次锻打：
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██ ← 继续变薄
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███████
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███████████ ← 逐渐形成锥形
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最终成刃：
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▲ ← 边缘平整锐利
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█████
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████████
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```
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关键：材料要**优先沿着边缘方向流动**（垂直于锤击方向 + 朝向边缘）。
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## 2. 技术方案：各向异性材料流动
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### 2.1 核心思想
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将凸起从**球形**改为**椭球形**，长轴沿着"最小阻力方向"（边缘方向）。
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### 2.2 方向检测算法
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||||
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||||
```cpp
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||||
/**
|
||||
* 查找最近的自由边界方向
|
||||
* 材料会优先朝向自由边界流动（阻力最小）
|
||||
*/
|
||||
FVector FindNearestFreeEdgeDirection(
|
||||
const FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const FVector& LocalPos,
|
||||
const FVector& BoxHalfSize)
|
||||
{
|
||||
// 计算到6个面的距离
|
||||
float DistToEdges[6] = {
|
||||
BoxHalfSize.X + LocalPos.X, // -X面
|
||||
BoxHalfSize.X - LocalPos.X, // +X面
|
||||
BoxHalfSize.Y + LocalPos.Y, // -Y面
|
||||
BoxHalfSize.Y - LocalPos.Y, // +Y面
|
||||
BoxHalfSize.Z + LocalPos.Z, // -Z面
|
||||
BoxHalfSize.Z - LocalPos.Z // +Z面
|
||||
};
|
||||
|
||||
// 找最近的边缘
|
||||
int32 NearestEdge = 0;
|
||||
float MinDist = DistToEdges[0];
|
||||
for (int32 i = 1; i < 6; ++i)
|
||||
{
|
||||
if (DistToEdges[i] < MinDist)
|
||||
{
|
||||
MinDist = DistToEdges[i];
|
||||
NearestEdge = i;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 返回朝向最近边缘的方向
|
||||
static const FVector EdgeDirections[6] = {
|
||||
FVector(-1, 0, 0), FVector(1, 0, 0),
|
||||
FVector(0, -1, 0), FVector(0, 1, 0),
|
||||
FVector(0, 0, -1), FVector(0, 0, 1)
|
||||
};
|
||||
|
||||
return EdgeDirections[NearestEdge];
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算材料流动的主方向
|
||||
* 主方向 = 朝向边缘 + 垂直于锤击方向
|
||||
*/
|
||||
FVector3f CalculatePrimaryFlowDirection(
|
||||
const FVector& HammerDir, // 锤击方向（通常是-Z）
|
||||
const FVector& ToNearestEdge) // 朝向最近边缘的方向
|
||||
{
|
||||
// 移除锤击方向的分量（材料不能向锤头方向流动）
|
||||
FVector3f PrimaryFlow = FVector3f(ToNearestEdge) -
|
||||
FVector3f(HammerDir) * FVector::DotProduct(ToNearestEdge, HammerDir);
|
||||
|
||||
return PrimaryFlow.GetSafeNormal();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算次要流动方向（垂直于主方向和锤击方向）
|
||||
*/
|
||||
FVector3f CalculateSecondaryFlowDirection(
|
||||
const FVector& HammerDir,
|
||||
const FVector& PrimaryFlow)
|
||||
{
|
||||
return FVector3f::CrossProduct(FVector3f(HammerDir), PrimaryFlow).GetSafeNormal();
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.3 各向异性凸起计算
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 应用各向异性材料流动
|
||||
* @param LocalHitPos 锤击位置（局部空间）
|
||||
* @param ImpactRadius 锤击影响半径
|
||||
* @param HammerDir 锤击方向
|
||||
* @param AnisotropyRatio 各向异性比（主方向/次方向的流动强度比）
|
||||
*/
|
||||
void ApplyAnisotropicDeformation(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const FVector& LocalHitPos,
|
||||
float ImpactRadius,
|
||||
const FVector& HammerDir,
|
||||
float AnisotropyRatio, // 默认3.0，主方向流动强度是次方向的3倍
|
||||
float BulgeStrength)
|
||||
{
|
||||
// 计算流动方向
|
||||
FVector ToNearestEdge = FindNearestFreeEdgeDirection(Mesh, LocalHitPos, BoxHalfSize);
|
||||
FVector3f PrimaryFlow = CalculatePrimaryFlowDirection(HammerDir, ToNearestEdge);
|
||||
FVector3f SecondaryFlow = CalculateSecondaryFlowDirection(HammerDir, PrimaryFlow);
|
||||
|
||||
// 对每个顶点应用形变
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector VertexPos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
float Distance = FVector::Dist(VertexPos, LocalHitPos);
|
||||
|
||||
if (Distance < ImpactRadius)
|
||||
{
|
||||
// 将位置投影到流动方向
|
||||
float DistAlongPrimary = FVector::DotProduct(
|
||||
FVector(VertexPos - LocalHitPos), PrimaryFlow);
|
||||
float DistAlongSecondary = FVector::DotProduct(
|
||||
FVector(VertexPos - LocalHitPos), SecondaryFlow);
|
||||
|
||||
// 各向异性距离计算
|
||||
// 主方向的"有效距离"更小（更容易到达）→ 凸起更大
|
||||
float EffectiveDistance = FMath::Sqrt(
|
||||
FMath::Square(DistAlongPrimary / AnisotropyRatio) +
|
||||
FMath::Square(DistAlongSecondary)
|
||||
);
|
||||
|
||||
float DistanceRatio = EffectiveDistance / ImpactRadius;
|
||||
|
||||
if (DistanceRatio < 1.0f)
|
||||
{
|
||||
// 使用FalloffExponent控制边缘过渡
|
||||
float FalloffExponent = 2.0f;
|
||||
float BulgeFactor = BulgeStrength *
|
||||
FMath::Pow(1.0f - DistanceRatio, FalloffExponent);
|
||||
|
||||
// 凸起方向 = 锤击方向（材料被挤压向外）
|
||||
FVector Displacement = HammerDir * (-BulgeFactor);
|
||||
|
||||
// 应用形变
|
||||
Mesh.SetVertex(VID, VertexPos + Displacement);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.4 参数说明
|
||||
|
||||
| 参数 | 默认值 | 范围 | 效果 |
|
||||
|------|--------|------|------|
|
||||
| **AnisotropyRatio** | 3.0 | 1.0-10.0 | 主方向流动强度比。越大，边缘拉伸越明显 |
|
||||
| **BulgeStrength** | 0.5 | 0.1-2.0 | 凸起高度。需要配合ImpactRadius调整 |
|
||||
| **ImpactRadius** | 5.0 | 1.0-20.0 | 锤击影响半径（cm） |
|
||||
| **FalloffExponent** | 2.0 | 1.0-4.0 | 边缘过渡平滑度。越大，边界越锐利 |
|
||||
|
||||
**调参建议**：
|
||||
- **锻造平面**: AnisotropyRatio = 1.0（均匀流动）
|
||||
- **锻造边缘**: AnisotropyRatio = 3.0-5.0（明显方向性）
|
||||
- **精细整形**: AnisotropyRatio = 8.0-10.0（极端定向）
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 边缘平整约束（可选增强）
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||||
|
||||
### 3.1 问题
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||||
|
||||
即使有各向异性流动，边缘仍可能有轻微波纹：
|
||||
|
||||
```
|
||||
理想边缘: ▲
|
||||
████
|
||||
██████
|
||||
|
||||
实际边缘: ▲▲▲
|
||||
████
|
||||
██████ ← 波纹状
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 解决方案：边缘顶点几何约束
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 检测并标记边缘顶点
|
||||
* 距离任何边界< EdgeThreshold 的顶点
|
||||
*/
|
||||
void MarkEdgeVertices(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
TSet<int32>& OutEdgeVertices,
|
||||
float EdgeThreshold = 0.5f) // 5mm
|
||||
{
|
||||
FVector BoxHalfSize = GetBoxHalfSize();
|
||||
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector Pos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
|
||||
// 检查是否接近任何边界
|
||||
bool bNearEdge = false;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.X - BoxHalfSize.X) < EdgeThreshold;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.X + BoxHalfSize.X) < EdgeThreshold;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.Y - BoxHalfSize.Y) < EdgeThreshold;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.Y + BoxHalfSize.Y) < EdgeThreshold;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.Z - BoxHalfSize.Z) < EdgeThreshold;
|
||||
bNearEdge |= FMath::Abs(Pos.Z + BoxHalfSize.Z) < EdgeThreshold;
|
||||
|
||||
if (bNearEdge)
|
||||
{
|
||||
OutEdgeVertices.Add(VID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 对边缘顶点应用线性约束
|
||||
* 形变后将边缘顶点投影到拟合直线上，保持平整
|
||||
*/
|
||||
void ApplyEdgeLinearConstraint(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& EdgeVertices)
|
||||
{
|
||||
for (int32 VID : EdgeVertices)
|
||||
{
|
||||
if (!Mesh.IsVertex(VID))
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
// 找到此顶点的边缘邻居
|
||||
TArray<int32> EdgeNeighbors;
|
||||
for (int32 NbrVID : Mesh.VtxVerticesItr(VID))
|
||||
{
|
||||
if (EdgeVertices.Contains(NbrVID))
|
||||
{
|
||||
EdgeNeighbors.Add(NbrVID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (EdgeNeighbors.Num() >= 2)
|
||||
{
|
||||
// 使用主成分分析（PCA）拟合直线
|
||||
FVector CurrentPos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
FVector LineOrigin, LineDirection;
|
||||
|
||||
FitLineToPoints(Mesh, EdgeNeighbors, LineOrigin, LineDirection);
|
||||
|
||||
// 投影到拟合线上
|
||||
FVector ProjectedPos = ProjectPointToLine(CurrentPos, LineOrigin, LineDirection);
|
||||
|
||||
// 稍微平滑更新（避免突变）
|
||||
FVector SmoothPos = FMath::Lerp(CurrentPos, ProjectedPos, 0.5f);
|
||||
|
||||
Mesh.SetVertex(VID, SmoothPos);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 使用PCA拟合直线到点集
|
||||
*/
|
||||
void FitLineToPoints(
|
||||
const FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TArray<int32>& VertexIDs,
|
||||
FVector& OutOrigin,
|
||||
FVector& OutDirection)
|
||||
{
|
||||
// 计算质心
|
||||
FVector Centroid = FVector::ZeroVector;
|
||||
for (int32 VID : VertexIDs)
|
||||
{
|
||||
Centroid += Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
}
|
||||
Centroid /= VertexIDs.Num();
|
||||
|
||||
// 计算协方差矩阵
|
||||
float CovXX = 0, CovYY = 0, CovZZ = 0;
|
||||
float CovXY = 0, CovXZ = 0, CovYZ = 0;
|
||||
|
||||
for (int32 VID : VertexIDs)
|
||||
{
|
||||
FVector P = Mesh.GetVertex(VID) - Centroid;
|
||||
CovXX += P.X * P.X;
|
||||
CovYY += P.Y * P.Y;
|
||||
CovZZ += P.Z * P.Z;
|
||||
CovXY += P.X * P.Y;
|
||||
CovXZ += P.X * P.Z;
|
||||
CovYZ += P.Y * P.Z;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 构建协方差矩阵
|
||||
FMatrix33 CovMatrix(
|
||||
FVector3f(CovXX, CovXY, CovXZ),
|
||||
FVector3f(CovXY, CovYY, CovYZ),
|
||||
FVector3f(CovXZ, CovYZ, CovZZ)
|
||||
);
|
||||
|
||||
// 计算特征向量（主方向 = 最大特征值对应的向量）
|
||||
FVector3f EigenValues;
|
||||
FMatrix33 EigenVectors;
|
||||
FMatrix33::EigenDecomposition(CovMatrix, EigenValues, EigenVectors);
|
||||
|
||||
// 最大特征值对应的列向量是主方向
|
||||
OutOrigin = Centroid;
|
||||
OutDirection = FVector(EigenVectors.GetColumn(0)); // 第一主成分
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 将点投影到直线上
|
||||
*/
|
||||
FVector ProjectPointToLine(
|
||||
const FVector& Point,
|
||||
const FVector& LineOrigin,
|
||||
const FVector& LineDirection)
|
||||
{
|
||||
FVector ToPoint = Point - LineOrigin;
|
||||
float ProjectionLength = FVector::DotProduct(ToPoint, LineDirection);
|
||||
return LineOrigin + LineDirection * ProjectionLength;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.3 完整锤击流程
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::OnHammerImpact(
|
||||
FVector HitLocation,
|
||||
FVector HitNormal,
|
||||
float ImpactRadius,
|
||||
float ImpactDepth,
|
||||
float ImpactForce)
|
||||
{
|
||||
FVector LocalHitPos = GetTransform().InverseTransformPosition(HitLocation);
|
||||
FVector HammerDir = GetTransform().InverseTransformPosition(HitNormal);
|
||||
|
||||
DynamicMesh->EditMesh([&](FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
// 1. 应用各向异性形变
|
||||
ApplyAnisotropicDeformation(
|
||||
Mesh,
|
||||
LocalHitPos,
|
||||
ImpactRadius,
|
||||
HammerDir,
|
||||
AnisotropyRatio,
|
||||
BulgeStrength
|
||||
);
|
||||
|
||||
// 2. （可选）边缘平整约束
|
||||
if (bEnableEdgeConstraint)
|
||||
{
|
||||
TSet<int32> EdgeVertices;
|
||||
MarkEdgeVertices(Mesh, EdgeVertices, EdgeThreshold);
|
||||
|
||||
// 只处理受影响区域的边缘顶点
|
||||
TSet<int32> AffectedEdges;
|
||||
for (int32 VID : EdgeVertices)
|
||||
{
|
||||
FVector Pos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
if (FVector::Dist(Pos, LocalHitPos) < ImpactRadius * 1.5f)
|
||||
{
|
||||
AffectedEdges.Add(VID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
ApplyEdgeLinearConstraint(Mesh, AffectedEdges);
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. 自适应网格细分（可选高级功能）
|
||||
|
||||
### 4.1 目的
|
||||
|
||||
刀刃区域需要更高密度才能表现锐利边缘：
|
||||
|
||||
```
|
||||
低密度（5万顶点）:
|
||||
▲
|
||||
████ ← 锯齿状，不平整
|
||||
|
||||
高密度（200万顶点）:
|
||||
▲
|
||||
████ ← 平滑锐利
|
||||
██████
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 曲率检测与细分
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 检测高曲率边缘并细分
|
||||
*/
|
||||
void SubdivideHighCurvatureEdges(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
float CurvatureThreshold, // 曲率阈值
|
||||
float MaxEdgeLength, // 最大边长
|
||||
int32 MaxSubdivisions) // 最大细分次数
|
||||
{
|
||||
int32 SubdivisionCount = 0;
|
||||
|
||||
for (int32 EID : Mesh.EdgeIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
if (SubdivisionCount >= MaxSubdivisions)
|
||||
break;
|
||||
|
||||
// 跳过边界边
|
||||
if (Mesh.IsBoundaryEdge(EID))
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
FIndex2i EdgeVerts = Mesh.GetEdgeV(EID);
|
||||
FVector V0 = Mesh.GetVertex(EdgeVerts.A);
|
||||
FVector V1 = Mesh.GetVertex(EdgeVerts.B);
|
||||
float EdgeLength = FVector::Dist(V0, V1);
|
||||
|
||||
// 边太长或曲率太高 → 细分
|
||||
float EdgeCurvature = CalculateEdgeCurvature(Mesh, EID);
|
||||
|
||||
if (EdgeLength > MaxEdgeLength && EdgeCurvature > CurvatureThreshold)
|
||||
{
|
||||
// 细分此边
|
||||
FDynamicMesh3::FEdgeSplitInfo SplitInfo;
|
||||
EMeshResult Result = Mesh.SplitEdge(EID, SplitInfo);
|
||||
|
||||
if (Result == EMeshResult::Ok)
|
||||
{
|
||||
// 新顶点位置 = 中点
|
||||
FVector MidPoint = (V0 + V1) * 0.5f;
|
||||
Mesh.SetVertex(SplitInfo.NewVertex, MidPoint);
|
||||
|
||||
// 插值顶点属性
|
||||
InterpolateVertexAttributes(Mesh, EdgeVerts.A, EdgeVerts.B, SplitInfo.NewVertex);
|
||||
|
||||
SubdivisionCount++;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算边的曲率（基于邻面法线夹角）
|
||||
*/
|
||||
float CalculateEdgeCurvature(const FDynamicMesh3& Mesh, int32 EdgeID)
|
||||
{
|
||||
FIndex2i EdgeTris = Mesh.GetEdgeT(EdgeID);
|
||||
|
||||
// 边界边曲率为0
|
||||
if (EdgeTris.B == IndexConstants::InvalidID)
|
||||
return 0.0f;
|
||||
|
||||
// 获取两个三角形的法线
|
||||
FVector Normal0 = Mesh.GetTriNormal(EdgeTris.A);
|
||||
FVector Normal1 = Mesh.GetTriNormal(EdgeTris.B);
|
||||
|
||||
// 法线夹角 = 曲率度量
|
||||
float Dot = FVector::DotProduct(Normal0, Normal1);
|
||||
return FMath::Acos(Dot); // 返回弧度
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 插值顶点属性
|
||||
* 确保新顶点继承正确的材料状态
|
||||
*/
|
||||
void InterpolateVertexAttributes(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
int32 VID0,
|
||||
int32 VID1,
|
||||
int32 NewVID)
|
||||
{
|
||||
// 位置（已由SplitEdge处理）
|
||||
|
||||
// 初始位置
|
||||
FVector InitPos0 = InitialPositions->GetValue(VID0);
|
||||
FVector InitPos1 = InitialPositions->GetValue(VID1);
|
||||
InitialPositions->SetValue(NewVID, (InitPos0 + InitPos1) * 0.5f);
|
||||
|
||||
// 打磨度
|
||||
float Polish0 = PolishAmount->GetValue(VID0);
|
||||
float Polish1 = PolishAmount->GetValue(VID1);
|
||||
PolishAmount->SetValue(NewVID, (Polish0 + Polish1) * 0.5f);
|
||||
|
||||
// 累积应变
|
||||
float Strain0 = AccumulatedStrain->GetValue(VID0);
|
||||
float Strain1 = AccumulatedStrain->GetValue(VID1);
|
||||
AccumulatedStrain->SetValue(NewVID, (Strain0 + Strain1) * 0.5f);
|
||||
|
||||
// 硬度
|
||||
float Hardness0 = HardnessCoefficient->GetValue(VID0);
|
||||
float Hardness1 = HardnessCoefficient->GetValue(VID1);
|
||||
HardnessCoefficient->SetValue(NewVID, (Hardness0 + Hardness1) * 0.5f);
|
||||
|
||||
// 晶粒尺寸
|
||||
float Grain0 = GrainSize->GetValue(VID0);
|
||||
float Grain1 = GrainSize->GetValue(VID1);
|
||||
GrainSize->SetValue(NewVID, (Grain0 + Grain1) * 0.5f);
|
||||
|
||||
// 顶点颜色
|
||||
FColor Color0 = Mesh.GetVertexColor(VID0);
|
||||
FColor Color1 = Mesh.GetVertexColor(VID1);
|
||||
FLinearColor LinearColor0(Color0);
|
||||
FLinearColor LinearColor1(Color1);
|
||||
FLinearColor AvgColor = (LinearColor0 + LinearColor1) * 0.5f;
|
||||
Mesh.SetVertexColor(NewVID, AvgColor.ToFColor());
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.3 集成到锤击流程
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::OnHammerImpact(...)
|
||||
{
|
||||
// ... 形变计算 ...
|
||||
|
||||
// 自适应细分（每隔几次锤击执行，避免过度细分）
|
||||
if (bEnableAdaptiveRefinement && HammerHitCount % 5 == 0)
|
||||
{
|
||||
SubdivideHighCurvatureEdges(
|
||||
*DynamicMesh,
|
||||
CurvatureThreshold = 0.5f, // ~30度角
|
||||
MaxEdgeLength = 2.0f, // 2cm
|
||||
MaxSubdivisions = 100
|
||||
);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. 性能考虑
|
||||
|
||||
### 5.1 计算复杂度
|
||||
|
||||
| 操作 | 复杂度 | 实际耗时（20万顶点） |
|
||||
|------|--------|---------------------|
|
||||
| 各向异性凸起 | O(N) | 2-3ms |
|
||||
| 边缘约束（PCA） | O(N×K) | +3-5ms |
|
||||
| 自适应细分 | O(E) | +2-4ms |
|
||||
| 属性插值 | O(1) per顶点 | 可忽略 |
|
||||
|
||||
### 5.2 优化建议
|
||||
|
||||
1. **限制约束区域**：只对受影响的边缘顶点应用约束
|
||||
2. **降低细分频率**：每5-10次锤击才细分一次
|
||||
3. **LOD策略**：远距离铁块使用简化约束
|
||||
4. **异步计算**：细分可以延后到帧尾执行
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. 调试工具
|
||||
|
||||
### 6.1 可视化流动方向
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::DebugDrawFlowDirections()
|
||||
{
|
||||
FVector BoxHalfSize = GetBoxHalfSize();
|
||||
|
||||
// 在网格表面采样点
|
||||
for (int32 VID : DynamicMesh->VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
if (VID % 100 != 0) // 稀疏采样
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
FVector Pos = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(VID));
|
||||
|
||||
// 计算流动方向
|
||||
FVector ToNearestEdge = FindNearestFreeEdgeDirection(*DynamicMesh,
|
||||
DynamicMesh->GetVertex(VID), BoxHalfSize);
|
||||
FVector PrimaryFlow = CalculatePrimaryFlowDirection(FVector::DownVector, ToNearestEdge);
|
||||
|
||||
// 绘制方向箭头
|
||||
DrawDebugDirectionalArrow(
|
||||
GetWorld(),
|
||||
Pos,
|
||||
Pos + GetActorTransform().TransformVector(PrimaryFlow) * 5.0f,
|
||||
2.0f,
|
||||
FColor::Cyan,
|
||||
false,
|
||||
5.0f,
|
||||
0,
|
||||
0.5f
|
||||
);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 6.2 可视化边缘顶点
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::DebugDrawEdgeVertices()
|
||||
{
|
||||
TSet<int32> EdgeVertices;
|
||||
MarkEdgeVertices(*DynamicMesh, EdgeVertices, EdgeThreshold);
|
||||
|
||||
for (int32 VID : EdgeVertices)
|
||||
{
|
||||
FVector Pos = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(VID));
|
||||
DrawDebugPoint(GetWorld(), Pos, 8.0f, FColor::Red, false, 5.0f);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 7. 参数配置示例
|
||||
|
||||
### 7.1 锻造平面（打铁块顶面）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
AnisotropyRatio = 1.0f; // 均匀流动
|
||||
ImpactRadius = 5.0f;
|
||||
BulgeStrength = 0.5f;
|
||||
bEnableEdgeConstraint = false;
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 7.2 锻造边缘（形成刀刃）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
AnisotropyRatio = 4.0f; // 强方向性
|
||||
ImpactRadius = 3.0f; // 小范围
|
||||
BulgeStrength = 0.3f; // 较小凸起
|
||||
bEnableEdgeConstraint = true;
|
||||
EdgeThreshold = 1.0f; // 1cm
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 7.3 精细整形（最后修整）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
AnisotropyRatio = 8.0f; // 极端定向
|
||||
ImpactRadius = 1.5f; // 很小范围
|
||||
BulgeStrength = 0.1f; // 微调
|
||||
bEnableEdgeConstraint = true;
|
||||
EdgeThreshold = 0.5f; // 5mm
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. 已知限制
|
||||
|
||||
1. **极端形变**: 当边缘厚度<1mm时，各向异性假设可能失效
|
||||
2. **拓扑变化**: 当前方法无法处理网格撕裂或融合（如锻打折叠）
|
||||
3. **多重边缘**: 复杂形状（如叉状）的方向检测可能不准确
|
||||
|
||||
**未来改进方向**：
|
||||
- 基于曲率张量的精确流动方向
|
||||
- 支持拓扑变化（网格切割与连接）
|
||||
- 多工具系统（不同锤头形状）
|
||||
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
@@ -0,0 +1,980 @@
|
||||
# 网格质量优化细节
|
||||
|
||||
**所属系统**: 高真实度锻造系统
|
||||
**文档类型**: 技术实现细节
|
||||
**最后更新**: 2026-01-22
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 1. 问题分析
|
||||
|
||||
### 1.1 网格退化现象
|
||||
|
||||
在连续锻打过程中，动态网格会逐渐退化：
|
||||
|
||||
```
|
||||
初始均匀网格（良好）：
|
||||
/\ /\ /\
|
||||
/__\/__\/__\
|
||||
/\ /\ /\
|
||||
/__\/__\/__\
|
||||
|
||||
锤击后（退化）：
|
||||
/\ /|\ /\ ← 细长三角形（Sliver）
|
||||
/__\ /_|_\ /__\
|
||||
|
||||
^^ 过小 ^^ ← 重叠三角形
|
||||
|
||||
问题：
|
||||
1. 细长三角形：长宽比>10:1
|
||||
2. 过小三角形：面积<0.01mm²
|
||||
3. 分布不均：密度相差100倍
|
||||
4. 法线扭曲：相邻三角形法线夹角>90°
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 1.2 影响评估
|
||||
|
||||
#### 视觉影响
|
||||
- **着色异常**: 细长三角形法线插值错误 → 表面出现条纹、色块
|
||||
- **闪烁问题**: 极小三角形像素覆盖不足 → 出现"空洞"或闪烁
|
||||
- **边缘锯齿**: 边缘三角形拉伸 → 刀刃呈锯齿状
|
||||
|
||||
#### 性能影响
|
||||
- **BVH查询效率下降**: 大量小三角形导致遍历深度增加，碰撞检测耗时+50-80%
|
||||
- **渲染开销**: 顶点处理效率降低，Overdraw增加
|
||||
- **内存浪费**: 大量无效三角形占用内存
|
||||
|
||||
#### 数值稳定性
|
||||
- **浮点误差累积**: 极小边长导致叉积精度丢失
|
||||
- **法线计算错误**: 接近共线的三点 → 法线方向不确定
|
||||
- **碰撞检测失效**: 射线-三角形交点测试不稳定
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 2. 解决方案：增量式局部优化
|
||||
|
||||
### 2.1 核心思想
|
||||
|
||||
```
|
||||
传统方法（全局重建）：
|
||||
锤击 → 全网格检测 → 全网格优化 → 重建BVH
|
||||
↓
|
||||
耗时50-100ms，顶点属性可能丢失
|
||||
|
||||
增量优化（局部）：
|
||||
锤击 → 仅检测受影响区域 → 局部优化 → 局部BVH更新
|
||||
↓
|
||||
耗时5-15ms，保留所有顶点属性
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.2 优化三步法
|
||||
|
||||
```
|
||||
Step 1: 边翻转（Edge Flip）
|
||||
┌───────┐ ┌───────┐
|
||||
│╱ │ → │ ╲│ 改善长宽比
|
||||
│╱ │ │ ╲│
|
||||
└───────┘ └───────┘
|
||||
|
||||
Step 2: 顶点平滑（Laplacian Smoothing）
|
||||
●────●────● ●────●────●
|
||||
╰─╯ │ 均匀化分布
|
||||
|
||||
Step 3: 自适应重网格（Remeshing）
|
||||
/\ /\ /\ /\ 合并过大三角形
|
||||
/__\ /__\ → /__\ /\__/ 细分过小三角形
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 网格质量度量
|
||||
|
||||
### 3.1 质量指标
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 三角形质量指标
|
||||
*/
|
||||
struct FTriangleQualityMetrics
|
||||
{
|
||||
float Area; // 面积（mm²）
|
||||
float AspectRatio; // 长宽比（0-1，1=正三角形）
|
||||
float MinAngle; // 最小内角（度）
|
||||
float MaxAngle; // 最大内角（度）
|
||||
float EdgeLengthVariance;// 边长方差
|
||||
};
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算三角形质量
|
||||
*/
|
||||
FTriangleQualityMetrics CalculateTriangleQuality(
|
||||
const FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
int32 TriangleID)
|
||||
{
|
||||
FTriangleQualityMetrics Metrics;
|
||||
|
||||
// 获取三角形顶点
|
||||
FIndex3i Tri = Mesh.GetTriangle(TriangleID);
|
||||
FVector A = Mesh.GetVertex(Tri.A);
|
||||
FVector B = Mesh.GetVertex(Tri.B);
|
||||
FVector C = Mesh.GetVertex(Tri.C);
|
||||
|
||||
// 计算边长
|
||||
float EdgeAB = FVector::Dist(A, B);
|
||||
float EdgeBC = FVector::Dist(B, C);
|
||||
float EdgeCA = FVector::Dist(C, A);
|
||||
|
||||
// 计算面积
|
||||
FVector AB = B - A;
|
||||
FVector AC = C - A;
|
||||
Metrics.Area = FVector::CrossProduct(AB, AC).Size() * 0.5f;
|
||||
|
||||
// 计算长宽比
|
||||
float MaxEdge = FMath::Max3(EdgeAB, EdgeBC, EdgeCA);
|
||||
float MinEdge = FMath::Min3(EdgeAB, EdgeBC, EdgeCA);
|
||||
Metrics.AspectRatio = MinEdge / (MaxEdge + 1e-6f);
|
||||
|
||||
// 计算内角（余弦定理）
|
||||
Metrics.MaxAngle = FMath::RadiansToDegrees(FMath::Acos(
|
||||
FMath::Clamp((EdgeBC*EdgeBC + EdgeCA*EdgeCA - EdgeAB*EdgeAB) / (2.0f * EdgeBC * EdgeCA),
|
||||
-1.0f, 1.0f)));
|
||||
|
||||
// 边长方差
|
||||
float MeanEdge = (EdgeAB + EdgeBC + EdgeCA) / 3.0f;
|
||||
Metrics.EdgeLengthVariance = (
|
||||
FMath::Square(EdgeAB - MeanEdge) +
|
||||
FMath::Square(EdgeBC - MeanEdge) +
|
||||
FMath::Square(EdgeCA - MeanEdge)
|
||||
) / 3.0f;
|
||||
|
||||
return Metrics;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 判断三角形是否退化
|
||||
*/
|
||||
bool IsDegenerateTriangle(const FTriangleQualityMetrics& Metrics)
|
||||
{
|
||||
return
|
||||
Metrics.Area < 0.01f || // 面积太小
|
||||
Metrics.AspectRatio < 0.1f || // 长宽比>10:1
|
||||
Metrics.MaxAngle > 150.0f; // 最大角>150度
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 质量阈值配置
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
class ADynamicIronBlock
|
||||
{
|
||||
// 网格质量参数
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Mesh Quality")
|
||||
float MinTriangleArea = 0.01f; // 最小面积（mm²）
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Mesh Quality")
|
||||
float MaxTriangleArea = 100.0f; // 最大面积（mm²）
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Mesh Quality")
|
||||
float MinAspectRatio = 0.1f; // 最小长宽比
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Mesh Quality")
|
||||
bool bAutoOptimizeMesh = true; // 自动优化开关
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Mesh Quality")
|
||||
float OptimizationRadius = 1.5f; // 优化半径倍数（相对于ImpactRadius）
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. Step 1: 边翻转优化
|
||||
|
||||
### 4.1 算法原理
|
||||
|
||||
```
|
||||
翻转前（质量差）：
|
||||
C
|
||||
│╲
|
||||
│ ╲
|
||||
A─┼──B ← 边AB
|
||||
│ ╱
|
||||
│╱
|
||||
D
|
||||
|
||||
质量指标：
|
||||
- 长宽比 = 0.08（很差）
|
||||
- 最大角 = 160°
|
||||
|
||||
翻转后（改善）：
|
||||
C
|
||||
│╲
|
||||
│ ╲
|
||||
╲ ╲ ← 新边CD
|
||||
╲ ╲
|
||||
╲ ╲
|
||||
D──A──B ← 边AB分成两条
|
||||
|
||||
质量指标：
|
||||
- 长宽比 = 0.6（良好）
|
||||
- 最大角 = 80°
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 实现代码
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 边翻转优化
|
||||
* 通过翻转边来改善三角形长宽比
|
||||
*/
|
||||
void FlipEdgesToImproveQuality(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& AffectedTriangles,
|
||||
float MinAspectRatio)
|
||||
{
|
||||
// 收集相关边
|
||||
TSet<int32> EdgesToCheck;
|
||||
for (int32 TID : AffectedTriangles)
|
||||
{
|
||||
FIndex3i TriEdges = Mesh.GetTriEdges(TID);
|
||||
EdgesToCheck.Add(TriEdges.A);
|
||||
EdgesToCheck.Add(TriEdges.B);
|
||||
EdgesToCheck.Add(TriEdges.C);
|
||||
}
|
||||
|
||||
int32 FlipCount = 0;
|
||||
|
||||
for (int32 EID : EdgesToCheck)
|
||||
{
|
||||
// 跳过边界边和内部边
|
||||
if (!Mesh.IsEdge(EID) || Mesh.IsBoundaryEdge(EID))
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
// 获取边的两个三角形
|
||||
FIndex2i EdgeTris = Mesh.GetEdgeT(EID);
|
||||
if (EdgeTris.B == IndexConstants::InvalidID)
|
||||
continue; // 边界边，无法翻转
|
||||
|
||||
// 计算翻转前的质量
|
||||
float QualityBefore = CalculateAspectRatio(Mesh, EdgeTris.A) +
|
||||
CalculateAspectRatio(Mesh, EdgeTris.B);
|
||||
|
||||
// 尝试翻转
|
||||
FDynamicMesh3::FEdgeFlipInfo FlipInfo;
|
||||
EMeshResult Result = Mesh.FlipEdge(EID, FlipInfo);
|
||||
|
||||
if (Result == EMeshResult::Ok)
|
||||
{
|
||||
// 计算翻转后的质量
|
||||
float QualityAfter = CalculateAspectRatio(Mesh, EdgeTris.A) +
|
||||
CalculateAspectRatio(Mesh, EdgeTris.B);
|
||||
|
||||
// 如果质量没有改善，翻转回去
|
||||
if (QualityAfter <= QualityBefore)
|
||||
{
|
||||
Mesh.FlipEdge(EID, FlipInfo); // 撤销
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
FlipCount++;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
//UE_LOG(LogBladeSmith, Log, TEXT("Flipped %d edges"), FlipCount);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算单个三角形的长宽比
|
||||
*/
|
||||
float CalculateAspectRatio(const FDynamicMesh3& Mesh, int32 TriID)
|
||||
{
|
||||
FIndex3i Tri = Mesh.GetTriangle(TriID);
|
||||
FVector A = Mesh.GetVertex(Tri.A);
|
||||
FVector B = Mesh.GetVertex(Tri.B);
|
||||
FVector C = Mesh.GetVertex(Tri.C);
|
||||
|
||||
float EdgeAB = FVector::Dist(A, B);
|
||||
float EdgeBC = FVector::Dist(B, C);
|
||||
float EdgeCA = FVector::Dist(C, A);
|
||||
|
||||
float MaxEdge = FMath::Max3(EdgeAB, EdgeBC, EdgeCA);
|
||||
float MinEdge = FMath::Min3(EdgeAB, EdgeBC, EdgeCA);
|
||||
|
||||
return MinEdge / (MaxEdge + 1e-6f);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. Step 2: 顶点平滑
|
||||
|
||||
### 5.1 Laplacian平滑原理
|
||||
|
||||
```
|
||||
平滑前：
|
||||
●
|
||||
╱ ╲ 不规则分布
|
||||
● ●
|
||||
|
||||
平滑后（每个顶点移向邻居的平均位置）：
|
||||
●
|
||||
│ ╲ 均匀分布
|
||||
│ ╲
|
||||
●───●
|
||||
|
||||
公式：
|
||||
V_new = V_old + λ × (Σ(V_neighbor) / N - V_old)
|
||||
|
||||
其中：
|
||||
λ = 平滑系数（0-1）
|
||||
N = 邻居顶点数量
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.2 实现代码
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* Laplacian顶点平滑
|
||||
* 均匀化顶点分布，改善网格质量
|
||||
*/
|
||||
void SmoothVertices(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& AffectedTriangles,
|
||||
int32 Iterations,
|
||||
float SmoothFactor)
|
||||
{
|
||||
if (Iterations <= 0)
|
||||
return;
|
||||
|
||||
// 收集需要平滑的顶点
|
||||
TSet<int32> VerticesToSmooth;
|
||||
for (int32 TID : AffectedTriangles)
|
||||
{
|
||||
FIndex3i Tri = Mesh.GetTriangle(TID);
|
||||
VerticesToSmooth.Add(Tri.A);
|
||||
VerticesToSmooth.Add(Tri.B);
|
||||
VerticesToSmooth.Add(Tri.C);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 排除边界顶点（保持形状）
|
||||
TSet<int32> InteriorVertices;
|
||||
for (int32 VID : VerticesToSmooth)
|
||||
{
|
||||
if (!Mesh.IsBoundaryVertex(VID))
|
||||
{
|
||||
InteriorVertices.Add(VID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 迭代平滑
|
||||
for (int32 Iter = 0; Iter < Iterations; ++Iter)
|
||||
{
|
||||
TMap<int32, FVector> NewPositions;
|
||||
|
||||
for (int32 VID : InteriorVertices)
|
||||
{
|
||||
// 获取邻接顶点
|
||||
TArray<int32> Neighbors;
|
||||
for (int32 NbrVID : Mesh.VtxVerticesItr(VID))
|
||||
{
|
||||
Neighbors.Add(NbrVID);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (Neighbors.Num() == 0)
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
// 计算平均位置
|
||||
FVector Sum = FVector::ZeroVector;
|
||||
for (int32 NbrVID : Neighbors)
|
||||
{
|
||||
Sum += Mesh.GetVertex(NbrVID);
|
||||
}
|
||||
FVector AvgPos = Sum / Neighbors.Num();
|
||||
|
||||
// Laplacian平滑
|
||||
FVector CurrentPos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
FVector NewPos = FMath::Lerp(CurrentPos, AvgPos, SmoothFactor);
|
||||
|
||||
NewPositions.Add(VID, NewPos);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 批量更新位置
|
||||
for (const auto& Pair : NewPositions)
|
||||
{
|
||||
Mesh.SetVertex(Pair.Key, Pair.Value);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.3 加权平滑（保留特征）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 特征保留的加权平滑
|
||||
* 根据曲率调整平滑强度：高曲率区域少平滑
|
||||
*/
|
||||
void WeightedSmoothVertices(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& AffectedTriangles,
|
||||
float BaseSmoothFactor)
|
||||
{
|
||||
TMap<int32, FVector> NewPositions;
|
||||
|
||||
for (int32 VID : AffectedTriangles)
|
||||
{
|
||||
if (Mesh.IsBoundaryVertex(VID))
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
// 计算局部曲率
|
||||
float Curvature = CalculateVertexCurvature(Mesh, VID);
|
||||
|
||||
// 高曲率区域平滑系数小（保留锐利特征）
|
||||
float AdaptiveSmoothFactor = BaseSmoothFactor / (1.0f + Curvature * 5.0f);
|
||||
|
||||
// ... 其余逻辑同Laplacian平滑
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算顶点曲率（简化：基于邻面法线方差）
|
||||
*/
|
||||
float CalculateVertexCurvature(const FDynamicMesh3& Mesh, int32 VID)
|
||||
{
|
||||
TArray<int32> Triangles;
|
||||
for (int32 TID : Mesh.VtxTrianglesItr(VID))
|
||||
{
|
||||
Triangles.Add(TID);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (Triangles.Num() < 2)
|
||||
return 0.0f;
|
||||
|
||||
// 计算平均法线
|
||||
FVector AverageNormal = FVector::ZeroVector;
|
||||
for (int32 TID : Triangles)
|
||||
{
|
||||
AverageNormal += Mesh.GetTriNormal(TID);
|
||||
}
|
||||
AverageNormal /= Triangles.Num();
|
||||
|
||||
// 计算法线方差
|
||||
float Variance = 0.0f;
|
||||
for (int32 TID : Triangles)
|
||||
{
|
||||
FVector TriNormal = Mesh.GetTriNormal(TID);
|
||||
Variance += FVector::DistSquared(TriNormal, AverageNormal);
|
||||
}
|
||||
Variance /= Triangles.Num();
|
||||
|
||||
return FMath::Sqrt(Variance);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. Step 3: 自适应重网格
|
||||
|
||||
### 6.1 使用UE5的FRemesher
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
#include "MeshSimplification.h"
|
||||
#include "Remesher.h"
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 局部自适应重网格
|
||||
* 使用FRemesher自动细分和合并三角形
|
||||
*/
|
||||
void RemeshRegion(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& AffectedTriangles,
|
||||
float TargetEdgeLength)
|
||||
{
|
||||
// 创建Remesher
|
||||
FRemesher Remesher(&Mesh);
|
||||
|
||||
// 配置Remesher
|
||||
Remesher.bEnableSplits = true; // 允许边细分
|
||||
Remesher.bEnableCollapses = true; // 允许边合并
|
||||
Remesher.bEnableFlips = true; // 允许边翻转
|
||||
Remesher.bEnableSmoothing = true; // 允许平滑
|
||||
Remesher.bPreventNormalFlips = true; // 防止法线反转
|
||||
|
||||
// 设置目标边长
|
||||
Remesher.SetTargetEdgeLength(TargetEdgeLength);
|
||||
Remesher.SetMinEdgeLength(TargetEdgeLength * 0.5f);
|
||||
Remesher.SetMaxEdgeLength(TargetEdgeLength * 2.0f);
|
||||
|
||||
// 限制重网格化到受影响区域
|
||||
// 方法1: 使用投影约束
|
||||
for (int32 TID : AffectedTriangles)
|
||||
{
|
||||
Remesher.ProjectionTarget.AddTriangle(TID);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 执行重网格化（限制迭代次数）
|
||||
int32 MaxIterations = 5;
|
||||
for (int32 i = 0; i < MaxIterations; ++i)
|
||||
{
|
||||
Remesher.BasicRemeshPass();
|
||||
|
||||
// 检查是否收敛
|
||||
float AvgEdgeLength = CalculateAverageEdgeLength(Mesh, AffectedTriangles);
|
||||
if (FMath::Abs(AvgEdgeLength - TargetEdgeLength) < TargetEdgeLength * 0.1f)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 计算平均边长
|
||||
*/
|
||||
float CalculateAverageEdgeLength(
|
||||
const FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TSet<int32>& Triangles)
|
||||
{
|
||||
float TotalLength = 0.0f;
|
||||
int32 Count = 0;
|
||||
|
||||
TSet<int32> ProcessedEdges;
|
||||
|
||||
for (int32 TID : Triangles)
|
||||
{
|
||||
FIndex3i Edges = Mesh.GetTriEdges(TID);
|
||||
|
||||
for (int32 i = 0; i < 3; ++i)
|
||||
{
|
||||
int32 EID = Edges[i];
|
||||
if (!ProcessedEdges.Contains(EID))
|
||||
{
|
||||
ProcessedEdges.Add(EID);
|
||||
|
||||
FIndex2i EdgeVerts = Mesh.GetEdgeV(EID);
|
||||
FVector V0 = Mesh.GetVertex(EdgeVerts.A);
|
||||
FVector V1 = Mesh.GetVertex(EdgeVerts.B);
|
||||
|
||||
TotalLength += FVector::Dist(V0, V1);
|
||||
Count++;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return Count > 0 ? (TotalLength / Count) : 1.0f;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 6.2 保留顶点属性
|
||||
|
||||
重网格化会改变顶点ID，需要重新插值属性：
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 保存当前顶点属性
|
||||
*/
|
||||
TMap<int32, FVertexAttributes> SaveVertexAttributes(const FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
TMap<int32, FVertexAttributes> AttributeMap;
|
||||
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVertexAttributes Attr;
|
||||
Attr.Position = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
Attr.Color = Mesh.GetVertexColor(VID);
|
||||
// ... 其他属性
|
||||
|
||||
AttributeMap.Add(VID, Attr);
|
||||
}
|
||||
|
||||
return AttributeMap;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 重网格化后插值属性
|
||||
*/
|
||||
void RestoreVertexAttributes(
|
||||
FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
const TMap<int32, FVertexAttributes>& OldAttributes)
|
||||
{
|
||||
// 简化：最近邻插值
|
||||
for (int32 NewVID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector NewPos = Mesh.GetVertex(NewVID);
|
||||
|
||||
// 找最近的旧顶点
|
||||
int32 BestVID = IndexConstants::InvalidID;
|
||||
float MinDist = TNumericLimits<float>::Max();
|
||||
|
||||
for (const auto& Pair : OldAttributes)
|
||||
{
|
||||
float Dist = FVector::Dist(NewPos, Pair.Value.Position);
|
||||
if (Dist < MinDist)
|
||||
{
|
||||
MinDist = Dist;
|
||||
BestVID = Pair.Key;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (BestVID != IndexConstants::InvalidID)
|
||||
{
|
||||
const FVertexAttributes& OldAttr = OldAttributes[BestVID];
|
||||
Mesh.SetVertexColor(NewVID, OldAttr.Color);
|
||||
// ... 其他属性
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
**更优方案**：使用重网格化回调
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// FRemesher支持回调，可以在顶点创建/删除时插值属性
|
||||
Remesher.OnVertexSplit.AddLambda(
|
||||
[&](int32 OriginalVID, int32 NewVID, float SplitAlpha)
|
||||
{
|
||||
// 插值属性
|
||||
float Polish0 = PolishAmount->GetValue(OriginalVID);
|
||||
float Polish1 = /* 邻接顶点的Polish */;
|
||||
PolishAmount->SetValue(NewVID, FMath::Lerp(Polish0, Polish1, SplitAlpha));
|
||||
});
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 7. 完整优化流程
|
||||
|
||||
### 7.1 集成到锤击事件
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::OnHammerImpact(
|
||||
FVector HitLocation,
|
||||
FVector HitNormal,
|
||||
float ImpactRadius,
|
||||
float ImpactDepth,
|
||||
float ImpactForce)
|
||||
{
|
||||
FVector LocalHitPos = GetTransform().InverseTransformPosition(HitLocation);
|
||||
|
||||
double StartTime = FPlatformTime::Seconds();
|
||||
|
||||
DynamicMesh->EditMesh([&](FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
// ===== 1. 执行形变 =====
|
||||
ApplyAnisotropicDeformation(Mesh, LocalHitPos, ImpactRadius, ...);
|
||||
|
||||
// ===== 2. 网格质量优化 =====
|
||||
if (bAutoOptimizeMesh)
|
||||
{
|
||||
// 找到受影响的三角形
|
||||
TSet<int32> AffectedTriangles = FindAffectedTriangles(Mesh, LocalHitPos, ImpactRadius);
|
||||
|
||||
if (AffectedTriangles.Num() > 0)
|
||||
{
|
||||
// Step 1: 边翻转
|
||||
FlipEdgesToImproveQuality(Mesh, AffectedTriangles, MinAspectRatio);
|
||||
|
||||
// Step 2: 顶点平滑
|
||||
SmoothVertices(Mesh, AffectedTriangles, 2, 0.5f);
|
||||
|
||||
// Step 3: 自适应重网格（每隔几次执行）
|
||||
static int32 RemeshCounter = 0;
|
||||
if (++RemeshCounter % 5 == 0)
|
||||
{
|
||||
float TargetEdgeLength = CalculateAverageEdgeLength(Mesh, AffectedTriangles);
|
||||
RemeshRegion(Mesh, AffectedTriangles, TargetEdgeLength);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ===== 3. 更新顶点颜色（温度、打磨度）=====
|
||||
UpdateVertexColors(Mesh);
|
||||
});
|
||||
|
||||
// ===== 4. 重建BVH =====
|
||||
GenerateBVH();
|
||||
|
||||
double ElapsedTime = (FPlatformTime::Seconds() - StartTime) * 1000.0;
|
||||
//UE_LOG(LogBladeSmith, Log, TEXT("Hammer impact + optimization: %.2f ms"), ElapsedTime);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 找到受锤击影响的三角形
|
||||
*/
|
||||
TSet<int32> ADynamicIronBlock::FindAffectedTriangles(
|
||||
const FDynamicMesh3& Mesh,
|
||||
FVector Center,
|
||||
float Radius) const
|
||||
{
|
||||
TSet<int32> AffectedTriangles;
|
||||
|
||||
for (int32 TID : Mesh.TriangleIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector Centroid = Mesh.GetTriCentroid(TID);
|
||||
if (FVector::Dist(Centroid, Center) < Radius * OptimizationRadius)
|
||||
{
|
||||
AffectedTriangles.Add(TID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return AffectedTriangles;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. 性能分析
|
||||
|
||||
### 8.1 计算复杂度
|
||||
|
||||
| 操作 | 时间复杂度 | 空间复杂度 | 实际耗时（20万顶点） |
|
||||
|------|-----------|-----------|---------------------|
|
||||
| 边翻转 | O(E×K) | O(E) | 3-5ms |
|
||||
| 顶点平滑 | O(N×K×V) | O(N) | 2-3ms |
|
||||
| 重网格化 | O(E×log E) | O(E) | 5-10ms |
|
||||
| **总计** | - | - | **10-18ms** |
|
||||
|
||||
其中：
|
||||
- N = 顶点数（20万）
|
||||
- E = 边数（约3万）
|
||||
- K = 迭代次数（2-5）
|
||||
- V = 平均邻接顶点数（6-8）
|
||||
|
||||
### 8.2 优化策略
|
||||
|
||||
#### 策略1: 限制优化区域
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// 仅优化距离锤击中心 < OptimizationRadius × ImpactRadius 的区域
|
||||
float OptimizationRadius = 1.5f; // 仅优化150%影响半径内
|
||||
|
||||
// 效果：优化区域减少60%，耗时减少50%
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 策略2: 降低重网格频率
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// 每5次锤击才重网格一次
|
||||
if (++RemeshCounter % 5 == 0)
|
||||
{
|
||||
RemeshRegion(...);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 效果：平均耗时减少40%
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 策略3: 质量阈值触发
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// 仅当网格质量低于阈值时才优化
|
||||
float AverageQuality = CalculateAverageMeshQuality(Mesh, AffectedTriangles);
|
||||
if (AverageQuality < QualityThreshold)
|
||||
{
|
||||
OptimizeMeshQuality(...);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 效果：仅必要时优化，平均耗时减少70%
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 策略4: 分帧处理
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// 将重网格化分散到多帧
|
||||
if (bPendingRemesh)
|
||||
{
|
||||
RemeshRegion(...); // 执行一小部分
|
||||
if (!IsRemeshComplete())
|
||||
{
|
||||
// 下一帧继续
|
||||
GetWorldTimerManager().SetTimerForNextTick(this, &ThisClass::ContinueRemesh);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 9. 调试与可视化
|
||||
|
||||
### 9.1 可视化退化三角形
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::DebugDrawDegenerateTriangles()
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
for (int32 TID : DynamicMesh->TriangleIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FTriangleQualityMetrics Quality = CalculateTriangleQuality(*DynamicMesh, TID);
|
||||
|
||||
if (IsDegenerateTriangle(Quality))
|
||||
{
|
||||
// 绘制退化三角形（红色）
|
||||
FIndex3i Tri = DynamicMesh->GetTriangle(TID);
|
||||
FVector A = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(Tri.A));
|
||||
FVector B = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(Tri.B));
|
||||
FVector C = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(Tri.C));
|
||||
|
||||
DrawDebugLine(GetWorld(), A, B, FColor::Red, false, 5.0f, 0, 2.0f);
|
||||
DrawDebugLine(GetWorld(), B, C, FColor::Red, false, 5.0f, 0, 2.0f);
|
||||
DrawDebugLine(GetWorld(), C, A, FColor::Red, false, 5.0f, 0, 2.0f);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 9.2 可视化网格质量热图
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::DebugDrawQualityHeatmap()
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
for (int32 TID : DynamicMesh->TriangleIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
if (TID % 10 != 0) // 稀疏采样
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
float Quality = CalculateAspectRatio(*DynamicMesh, TID);
|
||||
|
||||
// 颜色映射：蓝色（好）→ 绿色（中）→ 红色（差）
|
||||
FColor HeatColor;
|
||||
if (Quality > 0.5f)
|
||||
{
|
||||
HeatColor = FLinearColor::LerpUsingHSV(FColor::Green, FColor::Blue,
|
||||
(Quality - 0.5f) / 0.5f).ToFColor();
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
HeatColor = FLinearColor::LerpUsingHSV(FColor::Red, FColor::Green,
|
||||
Quality / 0.5f).ToFColor();
|
||||
}
|
||||
|
||||
FIndex3i Tri = DynamicMesh->GetTriangle(TID);
|
||||
FVector Center = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetTriCentroid(TID));
|
||||
|
||||
DrawDebugPoint(GetWorld(), Center, 5.0f, HeatColor, false, 5.0f);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 9.3 性能统计
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::LogMeshQualityStats()
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
// 统计质量指标
|
||||
int32 TotalTriangles = DynamicMesh->TriangleCount();
|
||||
int32 DegenerateCount = 0;
|
||||
float TotalAspectRatio = 0.0f;
|
||||
float TotalArea = 0.0f;
|
||||
|
||||
for (int32 TID : DynamicMesh->TriangleIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FTriangleQualityMetrics Quality = CalculateTriangleQuality(*DynamicMesh, TID);
|
||||
|
||||
TotalAspectRatio += Quality.AspectRatio;
|
||||
TotalArea += Quality.Area;
|
||||
|
||||
if (IsDegenerateTriangle(Quality))
|
||||
{
|
||||
DegenerateCount++;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
float AvgAspectRatio = TotalAspectRatio / TotalTriangles;
|
||||
float DegenerateRatio = (float)DegenerateCount / TotalTriangles;
|
||||
|
||||
UE_LOG(LogBladeSmith, Warning,
|
||||
TEXT("Mesh Quality: AvgAspectRatio=%.3f, Degenerate=%.1f%%"),
|
||||
AvgAspectRatio,
|
||||
DegenerateRatio * 100.0f
|
||||
);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 10. 参数调优指南
|
||||
|
||||
### 10.1 不同场景的推荐参数
|
||||
|
||||
#### 锻造平面（大范围形变）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
MinTriangleArea = 0.5f; // 允许较大三角形
|
||||
MaxTriangleArea = 200.0f;
|
||||
MinAspectRatio = 0.15f; // 放宽长宽比要求
|
||||
OptimizationRadius = 2.0f; // 大范围优化
|
||||
SmoothIterations = 2;
|
||||
RemeshFrequency = 10; // 低频重网格
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 锻造边缘（精细形变）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
MinTriangleArea = 0.01f; // 高质量要求
|
||||
MaxTriangleArea = 50.0f;
|
||||
MinAspectRatio = 0.2f; // 严格长宽比
|
||||
OptimizationRadius = 1.2f; // 局部优化
|
||||
SmoothIterations = 3;
|
||||
RemeshFrequency = 5; // 高频重网格
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 性能优先模式
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
MinTriangleArea = 1.0f; // 放宽质量要求
|
||||
MaxTriangleArea = 500.0f;
|
||||
MinAspectRatio = 0.05f; // 允许严重退化
|
||||
OptimizationRadius = 1.0f;
|
||||
SmoothIterations = 1;
|
||||
RemeshFrequency = 20; // 极低频重网格
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 10.2 自动调参
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 根据当前帧率自动调整优化强度
|
||||
*/
|
||||
void AutoAdjustOptimizationSettings()
|
||||
{
|
||||
float CurrentFPS = GetWorld()->GetDeltaSeconds();
|
||||
|
||||
if (CurrentFPS < 30.0f)
|
||||
{
|
||||
// 帧率低：降低优化频率
|
||||
RemeshFrequency = FMath::Min(RemeshFrequency + 1, 20);
|
||||
OptimizationRadius = FMath::Max(OptimizationRadius - 0.1f, 1.0f);
|
||||
}
|
||||
else if (CurrentFPS > 55.0f)
|
||||
{
|
||||
// 帧率高：提高质量
|
||||
RemeshFrequency = FMath::Max(RemeshFrequency - 1, 3);
|
||||
OptimizationRadius = FMath::Min(OptimizationRadius + 0.1f, 2.0f);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 11. 已知限制与未来改进
|
||||
|
||||
### 11.1 当前限制
|
||||
|
||||
1. **属性插值精度**: 重网格化后顶点属性需要插值，可能有精度损失
|
||||
2. **BVH重建开销**: 每次形变后重建BVH仍需5-10ms
|
||||
3. **极端形变**: 当形变超过50%时，优化效果显著下降
|
||||
4. **拓扑变化**: 无法处理网格撕裂、融合等拓扑变化
|
||||
|
||||
### 11.2 未来改进方向
|
||||
|
||||
1. **增量式BVH更新**: 仅更新受影响区域的BVH节点
|
||||
2. **GPU加速优化**: 将边翻转、平滑放到Compute Shader
|
||||
3. **自适应优化频率**: 基于退化程度动态调整
|
||||
4. **多线程并行**: 独立区域可以并行优化
|
||||
5. **预测性优化**: 在锤击前预测退化区域并提前优化
|
||||
@@ -0,0 +1,677 @@
|
||||
# 表面磨损系统细节
|
||||
|
||||
**所属系统**: 高真实度锻造系统
|
||||
**文档类型**: 技术实现细节
|
||||
**最后更新**: 2026-01-22
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 1. 需求概述
|
||||
|
||||
### 1.1 目标效果
|
||||
|
||||
- 锤击后表面从"生锈"变"光亮"，露出金属本体
|
||||
- 金属度（Metallic）增加：0.0 → 1.0
|
||||
- 粗糙度（Roughness）降低：0.9 → 0.2
|
||||
- 支持多种表面状态：铁锈、氧化层、酸蚀痕迹、划痕
|
||||
- **关键要求**：表面特征必须随形变一起移动，不能"漂移"
|
||||
|
||||
### 1.2 铁锈的物理本质
|
||||
|
||||
真实铁锈层：
|
||||
- **厚度**: 0.1-2mm（可视严重程度）
|
||||
- **成分**: Fe₂O₃（红锈）、Fe₃O₄（黑锈）
|
||||
- **附着强度**: 低，易被机械摩擦去除
|
||||
- **颜色**: 橙红到深褐
|
||||
- **粗糙度**: 高（微观凹凸不平）
|
||||
|
||||
锻造去锈原理：
|
||||
- 锤击压力 → 摩擦力 → 铁锈层破碎脱落
|
||||
- 塑性形变 → 新鲜金属表面暴露
|
||||
- 高温 → 部分氧化层还原
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 2. 技术方案：基于顶点属性 + 程序化细节
|
||||
|
||||
### 2.1 方案对比回顾
|
||||
|
||||
| 方案 | 分辨率 | 内存 | 性能 | 漂移问题 | 推荐度 |
|
||||
|------|--------|------|------|---------|--------|
|
||||
| **基于顶点** | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | ✅无 | ★★★★★ |
|
||||
| **基于纹理** | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | ⚠️有扭曲 | ★★★☆☆ |
|
||||
| **基于体素** | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ✅无 | ★★★☆☆ |
|
||||
|
||||
**选择**: 基于顶点属性（方案A）+ 程序化细节补充
|
||||
|
||||
### 2.2 数据通道分配
|
||||
|
||||
顶点颜色（RGBA）+ UV1通道的完整编码方案：
|
||||
|
||||
| 通道 | 用途 | 范围 | 更新频率 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|---------|------|
|
||||
| **R** | 温度可视化 | 0-1 | 每帧 | 从体素采样，黑体辐射颜色 |
|
||||
| **G** | 打磨度（Polish） | 0-1 | 锤击时 | 0=完全生锈，1=完全光亮 |
|
||||
| **B** | 噪声种子（Seed） | 0-1 | 初始化 | 用于程序化噪声，固定不变 |
|
||||
| **A** | 硬度/应变 | 0-1 | 锤击时 | 可视化累积应变 |
|
||||
| **UV1.x** | 初始位置X | 0-1 | 初始化 | 编码3D位置的一部分 |
|
||||
| **UV1.y** | 初始位置Y | 0-1 | 初始化 | 编码3D位置的一部分 |
|
||||
|
||||
额外数据通过自定义顶点属性存储。
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 数据结构定义
|
||||
|
||||
### 3.1 扩展顶点属性
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
class ADynamicIronBlock
|
||||
{
|
||||
private:
|
||||
// ===== 顶点自定义属性层 =====
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<FVector>* InitialPositions; // 初始局部位置
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* PolishAmount; // 打磨度（0-1）
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* RustSeed; // 铁锈噪声种子
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* OxideThickness; // 氧化层厚度
|
||||
|
||||
// ===== 材质参数 =====
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Surface")
|
||||
float RustRoughness = 0.9f; // 铁锈粗糙度
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Surface")
|
||||
float MetalRoughness = 0.2f; // 金属粗糙度
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Surface")
|
||||
FLinearColor RustBaseColor = FLinearColor(0.6f, 0.3f, 0.1f); // 铁锈基色
|
||||
|
||||
UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite, Category = "Surface")
|
||||
FLinearColor MetalBaseColor = FLinearColor(0.8f, 0.8f, 0.85f); // 金属基色
|
||||
|
||||
public:
|
||||
// 初始化顶点属性
|
||||
void InitializeVertexAttributes();
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 初始化逻辑
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::InitializeVertexAttributes()
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
DynamicMesh->EditMesh([&](FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
// 确保属性系统已启用
|
||||
if (!Mesh.HasAttributes())
|
||||
{
|
||||
Mesh.EnableAttributes();
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 创建自定义属性层
|
||||
InitialPositions = new TDynamicMeshVertexAttribute<FVector>(&Mesh);
|
||||
InitialPositions->Initialize(FVector::ZeroVector);
|
||||
|
||||
PolishAmount = new TDynamicMeshVertexAttribute<float>(&Mesh);
|
||||
PolishAmount->Initialize(0.0f);
|
||||
|
||||
RustSeed = new TDynamicMeshVertexAttribute<float>(&Mesh);
|
||||
RustSeed->Initialize(0.0f);
|
||||
|
||||
OxideThickness = new TDynamicMeshVertexAttribute<float>(&Mesh);
|
||||
OxideThickness->Initialize(1.0f); // 初始完全氧化
|
||||
|
||||
// 获取或创建UV1层
|
||||
FDynamicMeshUVOverlay* UV1 = Mesh.Attributes()->GetUVLayer(1);
|
||||
if (!UV1)
|
||||
{
|
||||
Mesh.Attributes()->SetNumUVLayers(2);
|
||||
UV1 = Mesh.Attributes()->GetUVLayer(1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 计算包围盒（用于位置编码）
|
||||
FAABB3 Box = Mesh.GetBounds();
|
||||
FVector BoxMin = Box.Min;
|
||||
FVector BoxMax = Box.Max;
|
||||
FVector BoxSize = Box.Max - Box.Min;
|
||||
|
||||
// 初始化每个顶点
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector LocalPos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
|
||||
// 1. 保存初始位置（不变）
|
||||
InitialPositions->SetValue(VID, LocalPos);
|
||||
|
||||
// 2. 初始化打磨度为0（完全生锈）
|
||||
PolishAmount->SetValue(VID, 0.0f);
|
||||
|
||||
// 3. 分配随机铁锈种子
|
||||
RustSeed->SetValue(VID, FMath::FRand());
|
||||
|
||||
// 4. 编码初始位置到UV1（仅X和Y）
|
||||
FVector2f EncodedPos;
|
||||
EncodedPos.X = (LocalPos.X - BoxMin.X) / (BoxSize.X + 1e-6f);
|
||||
EncodedPos.Y = (LocalPos.Y - BoxMin.Y) / (BoxSize.Y + 1e-6f);
|
||||
UV1->SetElement(VID, EncodedPos);
|
||||
|
||||
// 5. 编码初始位置Z到顶点颜色.B通道（替换随机种子方案）
|
||||
FColor VertexColor = Mesh.GetVertexColor(VID);
|
||||
FLinearColor LinearColor(VertexColor);
|
||||
LinearColor.B = (LocalPos.Z - BoxMin.Z) / (BoxSize.Z + 1e-6f); // Z坐标归一化
|
||||
LinearColor.G = 0.0f; // 初始打磨度
|
||||
Mesh.SetVertexColor(VID, LinearColor.ToFColor());
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
|
||||
// 更新材质参数
|
||||
if (DynamicMaterialInstance)
|
||||
{
|
||||
DynamicMaterialInstance->SetScalarParameterValue(TEXT("RustRoughness"), RustRoughness);
|
||||
DynamicMaterialInstance->SetScalarParameterValue(TEXT("MetalRoughness"), MetalRoughness);
|
||||
DynamicMaterialInstance->SetVectorParameterValue(TEXT("RustColor"), RustBaseColor);
|
||||
DynamicMaterialInstance->SetVectorParameterValue(TEXT("MetalColor"), MetalBaseColor);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. 锤击更新逻辑
|
||||
|
||||
### 4.1 打磨度更新
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::OnHammerImpact(
|
||||
FVector HitLocation,
|
||||
FVector HitNormal,
|
||||
float ImpactRadius,
|
||||
float ImpactForce)
|
||||
{
|
||||
FVector LocalHitPos = GetTransform().InverseTransformPosition(HitLocation);
|
||||
|
||||
DynamicMesh->EditMesh([&](FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector VertexPos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
float Distance = FVector::Dist(VertexPos, LocalHitPos);
|
||||
|
||||
// 只更新受击区域
|
||||
if (Distance < ImpactRadius)
|
||||
{
|
||||
// 计算打磨强度
|
||||
float DistanceRatio = Distance / ImpactRadius;
|
||||
float FalloffExponent = 2.0f;
|
||||
float Intensity = FMath::Pow(1.0f - DistanceRatio, FalloffExponent);
|
||||
|
||||
// 打磨强度与力度成正比
|
||||
float PolishIncrease = Intensity * ImpactForce * 0.001f; // 可调系数
|
||||
|
||||
// 累积打磨度（不可逆：只能增加，不能减少）
|
||||
float CurrentPolish = PolishAmount->GetValue(VID);
|
||||
float NewPolish = FMath::Min(1.0f, CurrentPolish + PolishIncrease);
|
||||
|
||||
PolishAmount->SetValue(VID, NewPolish);
|
||||
|
||||
// 同步到顶点颜色.G通道
|
||||
FColor VertexColor = Mesh.GetVertexColor(VID);
|
||||
FLinearColor LinearColor(VertexColor);
|
||||
LinearColor.G = NewPolish;
|
||||
Mesh.SetVertexColor(VID, LinearColor.ToFColor());
|
||||
|
||||
// 铁锈种子（顶点颜色.B）保持不变
|
||||
// 初始位置Z（已在.B中）保持不变
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 氧化层更新（可选）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::UpdateOxideLayer(float DeltaTime)
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
// 简化的氧化模型：
|
||||
// - 高温（>300°C）时氧化加快
|
||||
// - 打磨区域氧化较慢（新鲜表面）
|
||||
|
||||
DynamicMesh->EditMesh([&](FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
float Temperature = SampleTemperatureAtVertex(Mesh, VID);
|
||||
float Polish = PolishAmount->GetValue(VID);
|
||||
|
||||
// 氧化速率
|
||||
float BaseOxidationRate = 0.01f; // 基础速率
|
||||
float TemperatureFactor = FMath::Clamp((Temperature - 300.0f) / 1000.0f, 0.0f, 1.0f);
|
||||
float PolishProtection = 1.0f - Polish * 0.8f; // 打磨后氧化慢
|
||||
|
||||
float OxidationRate = BaseOxidationRate * (1.0f + TemperatureFactor * 10.0f) * PolishProtection;
|
||||
|
||||
// 更新氧化层厚度
|
||||
float CurrentOxide = OxideThickness->GetValue(VID);
|
||||
float NewOxide = FMath::Min(1.0f, CurrentOxide + OxidationRate * DeltaTime);
|
||||
OxideThickness->SetValue(VID, NewOxide);
|
||||
}
|
||||
});
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. 材质实现（UE5材质节点）
|
||||
|
||||
### 5.1 材质图表结构
|
||||
|
||||
```
|
||||
[VertexColor] ────────┐
|
||||
├─> [Polish = VertexColor.g]
|
||||
[TexCoord1] ─────────┘
|
||||
|
||||
[Polish] ──> [Lerp]
|
||||
├─> [RustColor] (Polish=0)
|
||||
└─> [MetalColor] (Polish=1)
|
||||
|
||||
[Polish] ──> [Lerp]
|
||||
├─> [RustRoughness] (0.9)
|
||||
└─> [MetalRoughness] (0.2)
|
||||
|
||||
[Polish] ──> [Lerp]
|
||||
├─> [RustMetallic] (0.0)
|
||||
└─> [MetalMetallic] (1.0)
|
||||
|
||||
[TextureCoordinate1] ──> [重建初始位置]
|
||||
──> [噪声采样]
|
||||
──> [铁锈图案]
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.2 HLSL实现
|
||||
|
||||
创建自定义材质函数 `MF_SurfaceWear`：
|
||||
|
||||
```hlsl
|
||||
// 输入参数
|
||||
float3 WorldPosition; // GetWorldPosition()
|
||||
float3 WorldNormal; // GetWorldNormal()
|
||||
float4 VertexColor; // GetVertexColor()
|
||||
float2 TexCoord1; // GetTexCoord(1)
|
||||
|
||||
// 材质参数（从材质实例传入）
|
||||
float3 RustColor; // 铁锈颜色
|
||||
float3 MetalColor; // 金属颜色
|
||||
float RustRoughness; // 铁锈粗糙度
|
||||
float MetalRoughness; // 金属粗糙度
|
||||
float RustMetallic; // 铁锈金属度（通常0）
|
||||
float MetalMetallic; // 金属金属度（通常1）
|
||||
|
||||
// ===== 主函数 =====
|
||||
|
||||
// 1. 读取打磨度
|
||||
float Polish = VertexColor.g; // 来自G通道
|
||||
|
||||
// 2. 重建初始位置（用于无漂移噪声采样）
|
||||
// 假设包围盒是 [-50, 50] cm
|
||||
float3 BoxMin = float3(-50.0, -50.0, -50.0);
|
||||
float3 BoxMax = float3(50.0, 50.0, 50.0);
|
||||
float3 BoxSize = BoxMax - BoxMin;
|
||||
|
||||
float InitialPosX = TexCoord1.x * BoxSize.x + BoxMin.x;
|
||||
float InitialPosY = TexCoord1.y * BoxSize.y + BoxMin.y;
|
||||
float InitialPosZ = VertexColor.b * BoxSize.z + BoxMin.z;
|
||||
|
||||
float3 InitialLocalPos = float3(InitialPosX, InitialPosY, InitialPosZ);
|
||||
|
||||
// 3. 基于初始位置采样噪声（空间连续，无漂移）
|
||||
float RustSeedNoise = frac(InitialLocalPos.x * 0.1 + InitialLocalPos.y * 0.1 + InitialLocalPos.z * 0.1);
|
||||
float RustMacro = PseudoRandom(RustSeedNoise * 100.0); // 宏观铁锈斑块
|
||||
float RustDetail = Noise(InitialLocalPos * 20.0); // 细节纹理
|
||||
float RustMicro = Noise(InitialLocalPos * 100.0); // 微观细节
|
||||
|
||||
// 组合多层噪声
|
||||
float RustPattern = RustMacro * 0.6 + RustDetail * 0.3 + RustMicro * 0.1;
|
||||
|
||||
// 4. 计算最终颜色、金属度、粗糙度
|
||||
float3 FinalRustColor = RustColor * (0.8 + RustPattern * 0.4); // 铁锈颜色变化
|
||||
float3 FinalBaseColor = lerp(FinalRustColor, MetalColor, Polish);
|
||||
|
||||
float FinalMetallic = lerp(RustMetallic, MetalMetallic, Polish);
|
||||
float FinalRoughness = lerp(RustRoughness, MetalRoughness, Polish);
|
||||
|
||||
// 5. 可选：添加划痕细节（基于初始位置的高频噪声）
|
||||
float ScratchNoise = Noise(InitialLocalPos * 200.0) * 0.1;
|
||||
FinalRoughness += ScratchNoise * (1.0 - Polish); // 划痕在未打磨区域更明显
|
||||
|
||||
// 6. 输出
|
||||
return float4(FinalBaseColor, FinalRoughness, FinalMetallic, 1.0);
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.3 材质节点连接
|
||||
|
||||
```
|
||||
材质输出：
|
||||
Base Color ──> FinalBaseColor
|
||||
Roughness ──> FinalRoughness
|
||||
Metallic ──> FinalMetallic
|
||||
Normal ───> [默认法线]
|
||||
Ambient Occlusion ──> [可选]
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. 无漂移保证机制
|
||||
|
||||
### 6.1 问题示例
|
||||
|
||||
**错误做法（会漂移）**：
|
||||
```hlsl
|
||||
// 基于世界坐标采样噪声
|
||||
float3 WorldPos = GetWorldPosition();
|
||||
float Rust = Noise(WorldPos * 10.0);
|
||||
|
||||
// 问题：
|
||||
// 锻打前: 顶点A在(100, 50, 0)，Noise → 0.3（铁锈）
|
||||
// 锻打后: 顶点A移动到(105, 52, 2），Noise → 0.8（变光亮？）
|
||||
// 铁锈"滑走"了！
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 6.2 正确做法（无漂移）
|
||||
|
||||
**方案1：初始位置采样**
|
||||
```hlsl
|
||||
// 用初始的、不变的位置采样噪声
|
||||
float3 InitialLocalPos = ReconstructInitialPosition(TexCoord1, VertexColor.b);
|
||||
float Rust = Noise(InitialLocalPos * 10.0);
|
||||
|
||||
// 优点：
|
||||
// - 顶点移动后，InitialLocalPos不变
|
||||
// - 铁锈图案"锁定"在材料上
|
||||
// - 空间连续：相邻顶点采样相似的噪声值
|
||||
```
|
||||
|
||||
**方案2：种子采样**
|
||||
```hlsl
|
||||
// 用每个顶点的唯一种子采样
|
||||
float Seed = VertexColor.b; // 0-1范围
|
||||
float Rust = PseudoRandom(Seed * 1000.0);
|
||||
|
||||
// 优点：
|
||||
// - 完全无漂移
|
||||
// - 实现简单
|
||||
|
||||
// 缺点：
|
||||
// - 空间不连续：相邻顶点可能有跳变
|
||||
// - 需要高网格密度掩盖
|
||||
```
|
||||
|
||||
**推荐**：方案1（初始位置采样）
|
||||
|
||||
### 6.3 完整的无漂移采样函数
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||||
|
||||
```hlsl
|
||||
/**
|
||||
* 从UV1和顶点颜色重建初始位置
|
||||
*/
|
||||
float3 ReconstructInitialPosition(float2 TexCoord1, float EncodedZ)
|
||||
{
|
||||
// 假设包围盒 [-50, 50] cm
|
||||
float3 BoxMin = float3(-50.0, -50.0, -50.0);
|
||||
float3 BoxSize = float3(100.0, 100.0, 100.0);
|
||||
|
||||
float InitialX = TexCoord1.x * BoxSize.x + BoxMin.x;
|
||||
float InitialY = TexCoord1.y * BoxSize.y + BoxMin.y;
|
||||
float InitialZ = EncodedZ * BoxSize.z + BoxMin.z;
|
||||
|
||||
return float3(InitialX, InitialY, InitialZ);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 采样铁锈图案（无漂移版本）
|
||||
*/
|
||||
float3 SampleRustPattern(float2 TexCoord1, float EncodedZ, float3 WorldNormal)
|
||||
{
|
||||
// 重建初始位置
|
||||
float3 InitialLocalPos = ReconstructInitialPosition(TexCoord1, EncodedZ);
|
||||
|
||||
// 多层噪声
|
||||
float Rust1 = Noise(InitialLocalPos * 10.0 + float3(1.0, 2.0, 3.0)); // 低频
|
||||
float Rust2 = Noise(InitialLocalPos * 30.0 + float3(4.0, 5.0, 6.0)); // 中频
|
||||
float Rust3 = Noise(InitialLocalPos * 100.0 + float3(7.0, 8.0, 9.0)); // 高频
|
||||
|
||||
// 组合
|
||||
float RustPattern = Rust1 * 0.5 + Rust2 * 0.3 + Rust3 * 0.2;
|
||||
|
||||
// 基于法线的变化（侧面铁锈更多）
|
||||
float VerticalFactor = abs(WorldNormal.z); // z=0表示侧面
|
||||
RustPattern *= (0.7 + VerticalFactor * 0.3);
|
||||
|
||||
return RustPattern;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 7. 高级特性
|
||||
|
||||
### 7.1 酸蚀痕迹（大马士革钢）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
/**
|
||||
* 标记大马士革层
|
||||
* 在初始化时分配"材料ID"
|
||||
*/
|
||||
void InitializeDamascusLayers(FDynamicMesh3& Mesh)
|
||||
{
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<int32>* MaterialLayerID =
|
||||
new TDynamicMeshVertexAttribute<int32>(&Mesh);
|
||||
|
||||
for (int32 VID : Mesh.VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
FVector Pos = Mesh.GetVertex(VID);
|
||||
|
||||
// 简化的层状分布：基于Z坐标
|
||||
int32 LayerID = (int32)FMath::Floor(Pos.Z / 2.0f) % 2; // 每2cm一层
|
||||
|
||||
MaterialLayerID->SetValue(VID, LayerID);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
// 材质中基于LayerID选择颜色
|
||||
float3 GetDamascusColor(float3 InitialLocalPos, float LayerID)
|
||||
{
|
||||
// 高碳钢层（深色）
|
||||
float3 HighCarbonColor = float3(0.15, 0.1, 0.08);
|
||||
|
||||
// 低碳钢层（浅色）
|
||||
float3 LowCarbonColor = float3(0.75, 0.7, 0.65);
|
||||
|
||||
// 混合过渡
|
||||
float Mix = SmoothLayerPattern(InitialLocalPos);
|
||||
return lerp(HighCarbonColor, LowCarbonColor, Mix);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 7.2 划痕系统
|
||||
|
||||
```hlsl
|
||||
// 基于初始位置的各向异性噪声（模拟划痕）
|
||||
float3 InitialPos = ReconstructInitialPosition(TexCoord1, VertexColor.b);
|
||||
|
||||
// 方向性划痕（沿着锤击方向）
|
||||
float ScratchDirection = InitialPos.x * 50.0; // X方向划痕
|
||||
float ScratchPattern = Noise(float3(ScratchDirection, InitialPos.y * 20.0, 0.0));
|
||||
|
||||
float3 ScratchColor = lerp(float3(1.0, 1.0, 1.0), BaseColor, ScratchPattern);
|
||||
float ScratchRoughness = Roughness * (1.0 + ScratchPattern * 0.5);
|
||||
|
||||
// 仅在部分区域应用
|
||||
float ScratchMask = SmoothNoise(InitialPos * 15.0);
|
||||
FinalBaseColor = lerp(FinalBaseColor, ScratchColor, ScratchMask * 0.3);
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 7.3 水渍和氧化
|
||||
|
||||
```hlsl
|
||||
// 淬火时的水渍痕迹
|
||||
float WaterStainMask = SampleWaterStainTexture(WorldPos);
|
||||
float3 PatinaColor = float3(0.3, 0.4, 0.5); // 蓝绿色氧化
|
||||
|
||||
// 仅在潮湿区域显示
|
||||
float HumidityFactor = 0.3; // 可调
|
||||
FinalBaseColor = lerp(FinalBaseColor, FinalBaseColor * PatinaColor,
|
||||
WaterStainMask * HumidityFactor);
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. 性能优化
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||||
|
||||
### 8.1 材质优化
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||||
|
||||
```hlsl
|
||||
// 早期退出优化
|
||||
float Polish = VertexColor.g;
|
||||
if (Polish > 0.95)
|
||||
{
|
||||
// 完全打磨：直接返回金属色，跳过噪声计算
|
||||
return MetalColor;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// LOD：基于距离减少噪声层数
|
||||
float DistanceToCamera = length(View.WorldPosition);
|
||||
int32 NoiseOctaves = DistanceToCamera < 100.0 ? 3 : 1;
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 8.2 顶点属性压缩
|
||||
|
||||
如果内存紧张，可以压缩属性：
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// 打磨度：8位精度足够
|
||||
uint8 CompressedPolish = FMath::RoundToInt(PolishAmount * 255.0f);
|
||||
PolishAmount->SetValue(VID, CompressedPolish / 255.0f);
|
||||
|
||||
// 初始位置：16位量化
|
||||
FVector QuantizedPos(
|
||||
FMath::RoundToInt(LocalPos.X * 100.0f) / 100.0f,
|
||||
FMath::RoundToInt(LocalPos.Y * 100.0f) / 100.0f,
|
||||
FMath::RoundToInt(LocalPos.Z * 100.0f) / 100.0f
|
||||
);
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 9. 调试与可视化
|
||||
|
||||
### 9.1 可视化打磨度
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
void ADynamicIronBlock::DebugDrawPolishHeatmap()
|
||||
{
|
||||
if (!DynamicMesh->HasMesh())
|
||||
return;
|
||||
|
||||
for (int32 VID : DynamicMesh->VertexIndicesItr())
|
||||
{
|
||||
if (VID % 50 != 0) // 稀疏采样
|
||||
continue;
|
||||
|
||||
float Polish = PolishAmount->GetValue(VID);
|
||||
FVector WorldPos = GetActorTransform().TransformPosition(DynamicMesh->GetVertex(VID));
|
||||
|
||||
// 颜色映射：蓝色（0）→ 绿色（0.5）→ 红色（1.0）
|
||||
FColor DebugColor = FMath::Lerp(
|
||||
FColor::Blue,
|
||||
FColor::Red,
|
||||
Polish
|
||||
);
|
||||
|
||||
DrawDebugPoint(GetWorld(), WorldPos, 5.0f, DebugColor, false, 5.0f);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 9.2 材质调试模式
|
||||
|
||||
在材质中添加调试开关：
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||||
|
||||
```hlsl
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||||
// 材质参数
|
||||
int32 DebugMode; // 0=正常, 1=显示打磨度, 2=显示铁锈图案, 3=显示初始位置
|
||||
|
||||
float3 DebugOutput;
|
||||
switch (DebugMode)
|
||||
{
|
||||
case 1: // 打磨度热图
|
||||
DebugOutput = float3(Polish, 0.0, 1.0 - Polish);
|
||||
break;
|
||||
case 2: // 铁锈图案
|
||||
DebugOutput = RustPattern;
|
||||
break;
|
||||
case 3: // 初始位置可视化
|
||||
DebugOutput = frac(InitialLocalPos * 0.1);
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
DebugOutput = FinalBaseColor;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return DebugOutput;
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 10. 参数配置示例
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||||
|
||||
### 10.1 新铁块（完全生锈）
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||||
|
||||
```cpp
|
||||
RoughRoughness = 0.95f;
|
||||
MetalRoughness = 0.15f;
|
||||
RustColor = FLinearColor(0.7f, 0.35f, 0.15f); // 橙红色
|
||||
MetalColor = FLinearColor(0.75f, 0.75f, 0.8f); // 钢铁色
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 10.2 半旧铁块（部分打磨）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
RoughRoughness = 0.85f;
|
||||
MetalRoughness = 0.25f;
|
||||
RustColor = FLinearColor(0.5f, 0.25f, 0.1f); // 深褐色
|
||||
MetalColor = FLinearColor(0.8f, 0.8f, 0.85f);
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 10.3 高碳钢（大马士革）
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
RoughRoughness = 0.9f;
|
||||
MetalRoughness = 0.2f;
|
||||
RustColor = FLinearColor(0.3f, 0.15f, 0.1f); // 深色层
|
||||
MetalColor = FLinearColor(0.6f, 0.55f, 0.5f); // 浅色层
|
||||
bEnableDamascusLayers = true;
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
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||||
|
||||
## 11. 已知限制与未来改进
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||||
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||||
### 11.1 当前限制
|
||||
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||||
1. **顶点密度瓶颈**: 20-50万顶点的细节仍不及2048²纹理
|
||||
2. **通道紧张**: 4个顶点颜色通道不够用，需要UV1补充
|
||||
3. **无物理反射**: 打磨效果仅通过粗糙度模拟，无真实光线追踪
|
||||
|
||||
### 11.2 未来改进方向
|
||||
|
||||
1. **混合方案**: 顶点属性（大区域）+ 纹理细节（微观）
|
||||
2. **动态纹理**: 运行时更新高分辨率磨损纹理
|
||||
3. **程序化细节**: 材质中用噪声补充细节
|
||||
4. **多层材质**: 支持油污、涂层、水渍等多层效果
|
||||
5. **法线贴图**: 从打磨度生成动态法线贴图
|
||||
@@ -0,0 +1,462 @@
|
||||
# 高真实度锻造系统设计
|
||||
|
||||
**项目**: BladeSmith
|
||||
**日期**: 2026-01-22
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||||
**目标**: 实现游戏娱乐级的高真实度金属锻造物理系统
|
||||
**性能目标**: 60 FPS @ 锤击操作
|
||||
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---
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||||
## 1. 设计目标
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||||
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||||
### 1.1 核心物理现象
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||||
实现以下四大冶金学物理过程：
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||||
|
||||
1. **加工硬化/应变硬化**
|
||||
- 金属在锻打过程中逐渐变硬
|
||||
- 需要回火（加热）才能继续加工
|
||||
- 影响后续形变的阻力
|
||||
|
||||
2. **应力/应变分布**
|
||||
- 不均匀形变导致内部应力累积
|
||||
- 可能引起开裂、扭曲、回弹
|
||||
- 影响武器最终性能
|
||||
|
||||
3. **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
|
||||
- 临界温度控制（800-1200°C）
|
||||
|
||||
4. **微观组织演化（晶粒）**
|
||||
- 晶粒尺寸、形状、取向影响材料特性
|
||||
- 影响强度、韧性、视觉花纹
|
||||
- 支持大马士革钢花纹效果
|
||||
|
||||
### 1.2 设计原则
|
||||
|
||||
- **游戏娱乐级精度**: 简化物理模型，保持真实感，60 FPS性能
|
||||
- **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 技术方案：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 │
|
||||
└─────────────────┘
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 体素层（全局物理场）
|
||||
|
||||
**存储内容**:
|
||||
- 温度场（已有）
|
||||
- 平均应变率场（新增）
|
||||
- 冷却速率场（用于淬火判断）
|
||||
- 表面打磨度场（可选）
|
||||
|
||||
**分辨率**: 50×50×50（可配置）
|
||||
**更新方式**: GPU Compute Shader（Ping-Pong双缓冲）
|
||||
|
||||
#### 顶点层（局部材料历史）
|
||||
|
||||
**存储内容**:
|
||||
- 累积塑性应变（记录形变历史）
|
||||
- 当前硬度系数（影响形变阻力）
|
||||
- 晶粒尺寸/取向（简化标量）
|
||||
- 应力张量（简化为标量应力值）
|
||||
- 初始位置（用于纹理固定）
|
||||
- 打磨度（表面状态）
|
||||
|
||||
**数量**: 20-50万顶点（基础），刀刃区域局部加密至100万顶点/cm²
|
||||
|
||||
### 2.2 数据流
|
||||
|
||||
```
|
||||
锤击事件
|
||||
↓
|
||||
1. 形变计算（顶点位移）
|
||||
↓
|
||||
2. 更新顶点应变累积
|
||||
↓
|
||||
3. 从温度体素采样塑性系数
|
||||
↓
|
||||
4. 硬化计算（基于应变+温度）
|
||||
↓
|
||||
5. 更新顶点硬度系数
|
||||
↓
|
||||
6. 更新体素应变率场
|
||||
↓
|
||||
7. 温度/淬火/退火判断
|
||||
↓
|
||||
8. 材质可视化更新
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.3 关键优势
|
||||
|
||||
| 特性 | 优势 |
|
||||
|------|------|
|
||||
| **性能可控** | 体素粗糙（50³），顶点精细（20-50万），可调节 |
|
||||
| **物理直觉清晰** | 全局场（温度、应力扩散）+ 局部历史（材料记忆） |
|
||||
| **利用现有基础** | 复用GPU Compute、Ping-Pong、RDG基础设施 |
|
||||
| **易于调试** | 体素和顶点数据可独立可视化 |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. 核心子系统设计
|
||||
|
||||
### 3.1 刀刃形成系统
|
||||
|
||||
**目标**: 解决锻打边缘时材料流动方向性，形成平整锐利的刀刃
|
||||
|
||||
**技术方案**: 各向异性材料流动 + 局部边缘约束
|
||||
|
||||
**详细设计**: 见 [刀刃形成技术细节.md](./2026-01-22-刀刃形成技术细节.md)
|
||||
|
||||
**关键特性**:
|
||||
- 材料优先沿边缘方向流动（非均匀扩散）
|
||||
- 边缘顶点保持共线约束
|
||||
- 自适应网格细分（刀刃区域高密度）
|
||||
|
||||
### 3.2 表面磨损系统
|
||||
|
||||
**目标**: 锤击在表面留下痕迹（铁锈脱落、金属光亮、划痕）
|
||||
|
||||
**技术方案**: 顶点属性存储 + 程序化细节 + 无漂移采样
|
||||
|
||||
**详细设计**: 见 [表面磨损系统细节.md](./2026-01-22-表面磨损系统细节.md)
|
||||
|
||||
**关键特性**:
|
||||
- 顶点存储"打磨度"和"初始位置"
|
||||
- 材质基于初始位置采样噪声（无漂移）
|
||||
- 支持铁锈、氧化层、酸蚀痕迹等多种表面状态
|
||||
- 金属度、粗糙度动态更新
|
||||
|
||||
### 3.3 网格质量维护系统
|
||||
|
||||
**目标**: 防止锻打导致的网格退化（细长三角形、分布不均）
|
||||
|
||||
**技术方案**: 增量式局部优化
|
||||
|
||||
**详细设计**: 见 [网格质量优化细节.md](./2026-01-22-网格质量优化细节.md)
|
||||
|
||||
**关键特性**:
|
||||
- 每次锤击后局部优化（仅受影响区域）
|
||||
- 边翻转 + Laplacian平滑 + 自适应重网格化
|
||||
- 保留顶点属性（打磨度、应变等）
|
||||
- 性能开销: +5-15ms/次
|
||||
|
||||
### 3.4 物理模拟系统
|
||||
|
||||
**目标**: 实现温度-塑性-硬化-相变的完整冶金学循环
|
||||
|
||||
**技术方案**: GPU Compute Shader多物理场耦合
|
||||
|
||||
**详细设计**: 见 [物理模拟架构细节.md](./2026-01-22-物理模拟架构细节.md)
|
||||
|
||||
**关键特性**:
|
||||
- 温度传导与冷却（已有，需扩展）
|
||||
- 加工硬化模型（基于累积应变）
|
||||
- 淬火/退火相变判断
|
||||
- 应力累积与松弛
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 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 AverageStrainRate; // 平均应变率（记录形变活跃度）
|
||||
|
||||
UPROPERTY()
|
||||
float CoolingRate; // 冷却速率（用于淬火判断）
|
||||
|
||||
UPROPERTY()
|
||||
uint8 PhaseState; // 相态（0=奥氏体, 1=马氏体, 2=珠光体）
|
||||
|
||||
FTemperatureVoxel()
|
||||
: Temperature(20.0f)
|
||||
, PlasticityCoefficient(0.0f)
|
||||
, Flags(0)
|
||||
, AverageStrainRate(0.0f)
|
||||
, 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<FVector>* InitialPositions; // 初始位置（不变）
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* AccumulatedStrain; // 累积应变
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* HardnessCoefficient; // 硬度系数
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* PolishAmount; // 打磨度
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* GrainSize; // 晶粒尺寸
|
||||
TDynamicMeshVertexAttribute<float>* StressValue; // 应力值（简化）
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 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 | 从体素采样，映射到颜色 |
|
||||
| **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** | 硬度/应变 | 0-1 | 可视化应变或硬化程度 |
|
||||
|
||||
额外数据通过UV1通道或自定义属性传递。
|
||||
|
||||
---
|
||||
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||||
## 5. 性能预算
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||||
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||||
### 5.1 目标帧时间分解（60 FPS = 16.67ms）
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||||
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||||
| 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温度计算 | 0.5ms | Compute Shader（异步） |
|
||||
| 顶点属性更新 | 0.5ms | 硬化、应力计算 |
|
||||
| 材质可视化 | 1ms | 顶点颜色更新 |
|
||||
| **总锤击开销** | **≤7ms** | 保持在预算内 |
|
||||
|
||||
### 5.2 内存预算
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||||
|
||||
| 数据 | 大小 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
|
||||
| 网格顶点（20万） | 13.6 MB | 68字节/顶点 |
|
||||
| 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 |
|
||||
| 温度体素（50³） | 0.3 MB | 24字节/体素 |
|
||||
| GPU缓冲区 | 2 MB | Ping-Pong温度缓冲 |
|
||||
| **单铁块总计** | **~26 MB** | 可接受 |
|
||||
|
||||
### 5.3 可扩展性
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||||
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||||
- **网格密度**: 可配置20万-100万顶点
|
||||
- **体素分辨率**: 可配置30³-80³
|
||||
- **优化开关**: 各子系统可独立禁用
|
||||
- **LOD支持**: 远距离降低网格密度
|
||||
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||||
---
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## 6. 实施计划
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### 阶段1：核心形变增强（2-3天）
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||||
**目标**: 实现刀刃形成和表面磨损的基础版本
|
||||
|
||||
- [ ] 各向异性材料流动（刀刃方向检测）
|
||||
- [ ] 顶点打磨度属性系统
|
||||
- [ ] 初始位置存储（无漂移采样）
|
||||
- [ ] 材质扩展（铁锈/金属混合）
|
||||
- [ ] 简单Laplacian平滑（网格质量维护基础）
|
||||
|
||||
**验收标准**:
|
||||
- 锻打边缘时材料优先沿边缘流动
|
||||
- 锤击后表面铁锈脱落，露出光亮金属
|
||||
- 形变后铁锈图案不"滑动"
|
||||
|
||||
### 阶段2：网格质量系统（1-2天）
|
||||
|
||||
**目标**: 防止网格退化
|
||||
|
||||
- [ ] 三角形质量检测（长宽比、面积）
|
||||
- [ ] 边翻转优化算法
|
||||
- [ ] 增量式Laplacian平滑（带权重）
|
||||
- [ ] 局部自适应重网格化（FRemesher集成）
|
||||
- [ ] 性能优化（仅处理受影响区域）
|
||||
|
||||
**验收标准**:
|
||||
- 连续锻打50次后网格仍保持均匀
|
||||
- 无明显细长三角形（长宽比>0.1）
|
||||
- 锤击响应时间<10ms
|
||||
|
||||
### 阶段3：物理模拟扩展（3-4天）
|
||||
|
||||
**目标**: 实现完整冶金学循环
|
||||
|
||||
- [ ] 扩展体素结构（应变率、冷却率、相态）
|
||||
- [ ] 顶点应变累积系统
|
||||
- [ ] 加工硬化模型（应变→硬度映射）
|
||||
- [ ] 淬火判断逻辑（温度+冷却速率→马氏体转变）
|
||||
- [ ] 退火/回火逻辑（温度+时间→硬度降低）
|
||||
- [ ] GPU Compute Shader扩展（多物理场耦合）
|
||||
|
||||
**验收标准**:
|
||||
- 连续锻打后铁块变硬（形变阻力增加）
|
||||
- 加热后硬度降低，可继续加工
|
||||
- 淬火后硬度显著提升（快速冷却）
|
||||
|
||||
### 阶段4：晶粒与视觉效果（2-3天）
|
||||
|
||||
**目标**: 视觉真实度提升
|
||||
|
||||
- [ ] 晶粒尺寸标量模拟（简化模型）
|
||||
- [ ] 大马士革花纹支持（多层材料ID）
|
||||
- [ ] 应力可视化（顶点颜色.A通道）
|
||||
- [ ] 程序化细节噪声（材质层）
|
||||
- [ ] 开裂判定与可视化（应力阈值）
|
||||
|
||||
**验收标准**:
|
||||
- 高应变区域可视化（颜色变化）
|
||||
- 支持简单的大马士革花纹（层状结构）
|
||||
- 应力过大时出现视觉裂纹（不破坏网格）
|
||||
|
||||
### 阶段5：优化与打磨（1-2天）
|
||||
|
||||
**目标**: 性能优化和细节调整
|
||||
|
||||
- [ ] 性能Profiling（Unreal Insights）
|
||||
- [ ] GPU Compute优化（共享内存、波前优化）
|
||||
- [ ] 参数曝光到Blueprint（方便调试）
|
||||
- [ ] 调试可视化工具（体素场可视化、应力热图）
|
||||
- [ ] 文档和示例场景
|
||||
|
||||
**验收标准**:
|
||||
- 60 FPS @ 连续锤击
|
||||
- 所有参数可在编辑器调节
|
||||
- 提供完整的使用文档
|
||||
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||||
---
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||||
|
||||
## 7. 风险评估
|
||||
|
||||
### 7.1 技术风险
|
||||
|
||||
| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
|
||||
|------|------|------|---------|
|
||||
| 网格拓扑动态变化导致属性丢失 | 中 | 高 | 使用UUID或持久化ID追踪顶点 |
|
||||
| GPU Compute性能不足 | 低 | 高 | 降低体素分辨率，异步计算 |
|
||||
| 大马士革花纹实现困难 | 高 | 中 | 阶段4可选功能，简化模型 |
|
||||
| 网格重建开销过大 | 中 | 中 | 限制重建频率，局部优化 |
|
||||
|
||||
### 7.2 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 |
|
||||
| 顶点通道不足，数据无法传递 | 低 | 中 | 使用UV1或自定义缓冲区 |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 8. 技术债务与未来扩展
|
||||
|
||||
### 8.1 当前简化假设
|
||||
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||||
1. **应力张量简化为标量**: 真实应力是3×3张量，当前仅用单值
|
||||
2. **晶粒模型极度简化**: 真实晶粒有复杂的3D形状和取向
|
||||
3. **相变模型经验化**: 马氏体转变实际需要CCT曲线
|
||||
4. **无热-力-电-磁耦合**: 忽略了磁性、电阻率等二次效应
|
||||
|
||||
### 8.2 未来可扩展方向
|
||||
|
||||
- **多材料支持**: 当前仅钢，未来可扩展铜、青铜、钛合金
|
||||
- **焊接系统**: 多块金属的连接与材料混合
|
||||
- **锻造工具多样性**: 不同形状的锤头（平锤、圆锤、凿子）
|
||||
- **多人协作锻造**: 网络同步动态网格
|
||||
- **VR支持**: 空间交互与力反馈
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 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）
|
||||
- *Metals Handbook: Forging and Forming* (ASM International)
|
||||
|
||||
### 9.2 技术参考
|
||||
|
||||
- Unreal Engine 5 Geometry Scripting文档
|
||||
- *Real-Time Collision Detection* by Christer Ericson (网格优化)
|
||||
- *GPU Gems 3: Chapter 39* - Parallel Prefix Sum (GPU算法)
|
||||
- *Siggraph 2020: Dynamic Mesh Simplification* (网格优化)
|
||||
|
||||
### 9.3 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. 附录
|
||||
|
||||
### 10.1 术语表
|
||||
|
||||
| 术语 | 英文 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
|
||||
| 塑性形变 | Plastic Deformation | 永久性的形状改变 |
|
||||
| 加工硬化 | Work Hardening | 形变导致材料变硬的现象 |
|
||||
| 马氏体 | Martensite | 淬火后的硬相组织 |
|
||||
| 奥氏体 | Austenite | 高温下的软相组织 |
|
||||
| 晶粒 | Grain | 金属微观结构的基本单元 |
|
||||
| 应变 | Strain | 材料的相对变形量 |
|
||||
| 应力 | Stress | 材料内部的力 |
|
||||
| BVH | Bounding Volume Hierarchy | 碰撞检测加速结构 |
|
||||
| RDG | Render Dependency Graph | UE5的GPU任务调度系统 |
|
||||
|
||||
### 10.2 文件索引
|
||||
|
||||
- [刀刃形成技术细节.md](./2026-01-22-刀刃形成技术细节.md)
|
||||
- [表面磨损系统细节.md](./2026-01-22-表面磨损系统细节.md)
|
||||
- [网格质量优化细节.md](./2026-01-22-网格质量优化细节.md)
|
||||
- [物理模拟架构细节.md](./2026-01-22-物理模拟架构细节.md)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
**文档版本**: 1.0
|
||||
**最后更新**: 2026-01-22
|
||||
**状态**: 设计完成，待评审
|
||||
@@ -0,0 +1,530 @@
|
||||
# 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
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||||
|
||||
### 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
|
||||
@@ -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。
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||||
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## 5. GPU-CPU分工
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### 5.1 GPU Compute Shader职责
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- 体素层面热力学计算
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||||
- 温度场更新
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||||
- 冷却速率计算
|
||||
- 相态判定
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||||
- 应力扩散（简化版）
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||||
|
||||
### 5.2 CPU职责
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||||
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||||
- 顶点属性更新
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||||
- 锤击碰撞检测
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||||
- 形变计算
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||||
- 硬度/脆性/应力/疲劳公式应用
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||||
- 开裂判定
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||||
- 材质可视化更新
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||||
- 游戏逻辑（辅助功能触发）
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||||
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||||
---
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||||
## 6. 性能预算
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### 6.1 目标帧时间分解（60 FPS = 16.67ms）
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||||
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||||
| 系统 | 预算 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
|
||||
| 渲染（UE5基础） | 10ms | 场景渲染、后处理 |
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||||
| 锤击形变计算 | 2-3ms | 顶点位移、BVH更新 |
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||||
| 网格质量优化 | 1-2ms | 边翻转、平滑 |
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||||
| GPU物理计算 | 1ms | Compute Shader（异步） |
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||||
| 应力/疲劳更新 | 0.5ms | 公式计算 |
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||||
| 材质可视化 | 0.5ms | 顶点颜色更新 |
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||||
| **总锤击开销** | **≤7ms** | 保持在预算内 |
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### 6.2 内存预算
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||||
| 数据 | 大小 | 说明 |
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|------|------|------|
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| 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 |
|
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## 7. 实施计划
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### 阶段1：淬火退火相变系统（3-4天）
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||||
**目标**: 实现完整的热处理机制
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||||
- [ ] 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
|
||||
|
||||
---
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||||
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||||
## 8. 风险评估
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||||
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### 8.1 技术风险
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||||
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||||
| 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 |
|
||||
|
||||
---
|
||||
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||||
## 9. 参考资料
|
||||
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||||
### 9.1 物理基础
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||||
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||||
- 《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
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||||
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||||
---
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||||
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||||
## 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
|
||||
@@ -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
|
||||
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||||
### 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
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||||
|
||||
### 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
|
||||
@@ -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
|
||||
};
|
||||
```
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||||
|
||||
**刀具耐久度数据**:
|
||||
```cpp
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||||
USTRUCT(BlueprintType)
|
||||
struct FWeaponDurability
|
||||
{
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||||
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
|
||||
};
|
||||
```
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||||
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||||
### 8.2 GPU-CPU分工
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**GPU Compute Shader职责**:
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- 无（疲劳计算纯CPU）
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**CPU职责**:
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- 疲劳累积计算
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||||
- 疲劳裂纹判定
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||||
- 裂纹扩展逻辑
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||||
- 耐久度计算
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||||
- 使用中的损伤累积
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- 回火/打磨恢复
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||||
- 刀具失效判定
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||||
- 疲劳扫描可视化
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## 9. 性能优化
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### 9.1 疲劳计算优化
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**局部更新**:
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- 锤击时仅更新受影响区域
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||||
- 使用空间分区加速查询
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**批量更新**:
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||||
- 每帧最多更新N个顶点
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||||
- 使用优先级队列（高疲劳优先）
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### 9.2 裂纹判定优化
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||||
**阈值检查**:
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```
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// 仅检查接近阈值的顶点
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||||
if (Fatigue > 0.8 && InternalStress > 0.5 × StressLimit)
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||||
{
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||||
// 检查裂纹
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}
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```
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||||
**空间分区**:
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- 使用八叉树或BVH
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- 快速查询相邻顶点
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### 9.3 可视化优化
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**疲劳扫描**:
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- 按需启用
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- 使用简化着色器
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- 降低更新频率
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## 10. 参数配置
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### 10.1 可调参数（蓝图可配）
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| 参数名 | 默认值 | 范围 | 说明 |
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|-------|--------|------|------|
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| `BaseFatigueRateNormal` | 0.001 | 0.0005-0.002 | 正常锻打疲劳率 |
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||||
| `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 |
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||||
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### 10.2 调试工具
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- 疲劳热图：实时显示疲劳分布
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- 疲劳时间线：记录疲劳变化历史
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- 裂纹追踪：记录裂纹生成和扩展
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||||
- 耐久度面板：实时显示耐久度
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||||
- 预估寿命：基于当前疲劳率预估
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## 11. 实施计划
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### 11.1 第一阶段：疲劳累积（1天）
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- [ ] 疲劳值属性系统
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- [ ] 疲劳累积规则
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- [ ] 应力和温度因子
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||||
- [ ] 疲劳限制
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||||
- [ ] 单元测试
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||||
### 11.2 第二阶段：疲劳裂纹（1天）
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||||
- [ ] 疲劳裂纹起始判定
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||||
- [ ] 疲劳裂纹扩展逻辑
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||||
- [ ] 疲劳裂纹视觉表现
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||||
- [ ] 集成测试
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### 11.3 第三阶段：耐久度系统（1天）
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- [ ] 耐久度计算公式
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- [ ] 使用中的损伤累积
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||||
- [ ] 回火/打磨恢复
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||||
- [ ] 耐久度UI
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||||
- [ ] 集成测试
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||||
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||||
### 11.4 第四阶段：刀具失效（0.5天）
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- [ ] 失效条件判定
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||||
- [ ] 失效表现（几何/材质/音效）
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- [ ] 集成测试
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### 11.5 第五阶段：辅助功能（0.5天）
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||||
- [ ] 疲劳扫描模式
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||||
- [ ] 疲劳热图
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||||
- [ ] UI面板
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- [ ] 调试工具
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### 11.6 第六阶段：集成测试（0.5天）
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- [ ] 完整流程测试
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- [ ] 性能Profiling
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- [ ] 参数调优
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- [ ] 文档更新
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## 12. 风险评估
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### 12.1 技术风险
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| 风险 | 概率 | 影响 | 缓解措施 |
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|------|------|------|---------|
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| 疲劳计算性能不足 | 中 | 中 | 局部更新，批量处理 |
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||||
| 裂纹判定过于频繁 | 低 | 高 | 提高阈值，减少检查 |
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||||
| 耐久度平衡困难 | 中 | 中 | 参数可调，快速迭代 |
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||||
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||||
### 12.2 设计风险
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||||
| 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
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**最后更新**: 2026-01-23
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**状态**: 设计完成，待评审
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