7.4 物理引擎联动：给装配线加上碰撞台

7.4 物理引擎联动：给装配线加上碰撞台

本节摘要：Three.js 本体不认识物理，物理引擎是外聘的仿真工头：它每帧算坐标，Three.js 照单摆放。本节讲清两套世界解耦对账的合同结构，用翻斗卸货演示刚体与网格的联动流程，并交代"哪些该物理、哪些该假装物理"的取舍线。

仿真工头与展示部门的合同

很多初学者以为 Three.js 里"接个物理"是加个插件那么简单——实际接入的是一整套世界观。Three.js 是展示部门：维护画面里"东西看起来在哪"；物理引擎是仿真工头：维护仿真世界里"东西实际在哪"。两套世界彼此独立，靠一份每帧对账的合同协作：工头 step 一步仿真、报出每个刚体的新坐标，展示部门把这些坐标抄给自己的网格对象。

理解了合同结构，物理引擎的选型就只是选工头：轻量刚体需求（掉落、碰撞、翻倒）选 cannon-es 这类纯 JS 方案；高精度与大量刚体选由专业物理内核编译到 Web 的方案（如 Rapier）。无论哪家，接入流程都是同一个三步：建仿真世界，登记"刚体与网格"的对，每帧 step 后对账。

图：物理状态机——一件货从悬空到静止

休眠机制是工头送的一份大礼：稳定下来的刚体不再参与逐帧求解， CPU 直接放空——一吨货倾泻而下时，前几秒热闹、后几秒安静，靠的就是它。

动手：翻斗卸货

背景：沙盘要加一段"翻斗车倾泻货箱"的演示：二十只小货箱随翻斗倾斜滚落到地面，互相碰撞堆叠，全程不穿模、不爆帧。

操作：按合同三步走：建仿真世界，地面与货箱登记成对，每帧 step 后对账。

import * as CANNON from 'cannon-es';

// 1. 建仿真世界
const world = new CANNON.World({ gravity: new CANNON.Vec3(0, -9.82, 0) });
world.broadphase = new CANNON.SAPBroadphase(world); // 空间扫描粗筛，万级刚体友好
world.allowSleep = true;                            // 打开休眠，稳了就不再算

// 2. 登记成对：地面一对、货箱二十对
const groundBody = new CANNON.Body({
  mass: 0,                     // 质量零 = 静态，地面永不动
  shape: new CANNON.Plane()
});
groundBody.quaternion.setFromEuler(-Math.PI / 2, 0, 0); // 平面默认朝上，转成地面向天
world.addBody(groundBody);

const crates = [];
for (let i = 0; i < 20; i++) {
  const body = new CANNON.Body({
    mass: 2,                                   // 动态刚体：有质量才参与仿真
    shape: new CANNON.Box(new CANNON.Vec3(0.2, 0.2, 0.2)),
    position: new CANNON.Vec3(
      (Math.random() - 0.5) * 0.6, 3 + i * 0.5, (Math.random() - 0.5) * 0.6
    )
  });
  world.addBody(body);
  const mesh = new THREE.Mesh(
    new THREE.BoxGeometry(0.4, 0.4, 0.4), sharedCrateMat // 共料：7.3 的纪律
  );
  stage.scene.add(mesh);
  crates.push({ body, mesh });
}

// 3. 每帧对账：工头 step，展示部门照单摆放
stage.loop((dt) => {
  world.step(1 / 60, Math.min(dt, 0.05), 3);   // 固定步长 钳制dt 最多补3步
  for (const c of crates) {
    c.mesh.position.copy(c.body.position);
    c.mesh.quaternion.copy(c.body.quaternion);
  }
  stage.renderer.render(stage.scene, stage.camera);
});
​

结果：翻斗一倾，货箱翻滚落地、彼此碰撞、堆成随机的小丘，静止后彻底安静（休眠生效）；再倒一箱，砸中处被唤醒重新翻滚——仿真世界的因果链与直觉完全一致。

解读：三处细节是合同的关键条款。第一，world.step 的三参形态：固定步长 1/60 保证仿真确定性（同一初值永远同一结果），后两参让真实帧间隔最多拆成 3 个补步——长帧钳制与 6.1 是同一个思想在物理侧的再现。第二，静态物用 mass 0：地面、墙、斗体都不该被撞动，静态刚体还省下求解开销。第三，quad 形状对齐：CANNON.Box 的参数是"半边长"，与 BoxGeometry 的"全边长"差一倍，忘除以 2 的现象是所有货箱凭空浮起一格——物理对接的报障榜常客。

变式：取舍线在本节收尾： twenty 只货箱值得真物理，两万颗碎石绝不该真物理——常见的"假装物理"手法是预烘焙（动画师在建模软件里调好翻滚动画，运行时当剪辑播放，6.2 的 mixer 直接接管），观感相近、帧开销归零。判定标准是"交互性"：用户或玩法会实时改变落点与堆叠，才值得真仿真；纯演示型倾泻，烘焙永远是首选。

再补一条材料对照的实务：物理形状不必与显示网格一一对应——显示用的高模加物理用的低模（甚至一个包围盒）是行业标准做法，二十只货箱用盒形，复杂的叉车用几个盒拼合近似即可；物理形状的面数直接计入求解开销，能简则简。同理，地面用无限平面、墙体用薄盒，永远别把渲染网格原样交给仿真工头——它只关心碰撞正确性，不关心造型精度。

本节要点回顾

• 解耦对账是合同：仿真世界与显示世界各自维护，每帧 step 后抄坐标；
• 接入三步不变式：建世界、登记成对、每帧对账，换任何物理库都一样；
• 固定步长保确定性：step 固定 1/60 配补步上限，长帧不炸仿真；
• 静态物质量给零：地面墙体不动还省求解；半边长陷阱要先除以 2；
• 真假物理取舍线：会被交互改变的结果才真仿真，纯演示预烘焙。

精装修工段全部完工。下一章进质检与出货：帧预算的仪表盘、优化清单的过检流程、生态与实战的收束——产线要交货了。