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D-20261021-01｜場地碰撞體分段與邊界法線機制

2026-10-26 關聯追補：後果段的已知限制（正式 hard CCD 截斷滾動接地，軌跡判準只覆蓋事件前的自由段，001050） 已由 D-20261026-02 修正：持續接觸 pair 改掃核心球，軌跡判準可涵蓋事件後。

背景與驅動力

八車 step 成本的主體是 gameplay hard CCD 對場地 trimesh 的 TOI 掃掠（彎道 CCD 佔 step 九成以上）， 成本與單顆 collider 被掃掠的三角數近似線性（issue 001038）。三個 60 分公版場地是單 solid region、單材質、牆地不分的地形雕塑網格（約 44k 三角），八車基線每幀 9.8–12.4 秒，多車完全 不可玩（issue 001042）。

同一組三角切成數百顆小塊即可降兩個數量級，但前提是塊邊界的法線可被正確推定：trimesh 對自由 邊界邊採邊或頂點法線，車輪跨縫會被看不見的稜頂起或偏航。研究輪 v15633–v15639 的結論：補丁 旗標把邊界邊夾成單一鄰面法線，只在塊內平面、鄰塊共面時成立（坡道位差 30–85 cm、yaw 差達 108°）；鬼三角（鄰接一環只進擬法線）讓地面塊取得真鄰面法線，8 m 格的跨界流形拆分軌跡差 ≤ 0.7 mm，但用在牆段會抬車。finalizer 對地形雕塑網格推導不出可用的牆段與地面塊（v15637）， 路線結構只有作者端（生成器、編輯器）知道。

正式化過程另揭露一個求解層缺口：分塊後輪子跨在兩塊共面地面的縫上，每塊各成一個 contact pair，同一接觸平面變成兩個冗餘約束，能力邊界（最大坡度、剛好功率、靜止起步）的 13-gon 案原地 不動（單顆 0.83 m、分塊 0.00037 m）。原生 contact clustering 只在單一 contact pair 內合併 manifold，鬼三角與旗標都無關。

考慮過的選項

  • 維持每 region 單顆 trimesh：八車不可玩，棄。
  • 只切牆：只拿回四至五成成本，棄。
  • 地面切塊＋邊界邊旗標：坡道與粗糙地形不通過，棄；旗標只留給牆段。
  • 地面切塊＋鬼三角、牆段＋旗標（採納）：鬼三角用在牆會抬車，兩機制依 piece 種類分用。
  • finalizer 自動推導牆段：對雕塑網格不可靠；改為作者宣告環序列、finalizer 只驗不推（採納）。
  • 宣告與幾何不吻合時靜默退回單顆 trimesh：作者看不到錯誤、成本無聲倒退，棄。
  • 宣告不吻合一律拒收並指出節點與三角索引：作者端生成器或編輯器的宣告一有偏差，整個場地就送不 出去，而單顆碰撞體仍是可運作的正確幾何，棄。
  • 宣告不吻合時該 region 退回單顆碰撞體並給警告（採納，2026-10-22 使用者裁決）：成本倒退可見 （Stage 3 警告＋Stage 2 成本等級），不擋送出。
  • 13-gon 起步卡死：TS 端以 canonical key 聚合只修得到事件與帳本，修不到冗餘求解約束；compound 不能包 trimesh；把 clustering 全面改成以 body pair 為單位會改變車身多 collider 的行為。採限定 範圍的 piece-group 跨 pair clustering，group 0 行為與原碼逐位元同（採納）。
  • 品質閘以單次「≤ 基線」與「碰縫前逐位元同基線」比較：基線本身對 1 µm 起點擾動即自散、三角序 雜訊使穿入差達 ±4×，單次比較無鑑別力，棄；改為擾動集合包絡、絕對上限與縫附近起算的視界。

決定

  • Kernel 三機制並存（vendored rapier-deterministic-15370 source-kit 兩代重建； REPAIR-OBLIGATIONS 新增四條義務；兩機制關且無 group 時 canonical golden 與 revision-14 逐位元同、Node 與 Chromium 一致，u8 八車逐幀行為零差）：
  • 牆段 trimesh 旗標 BOUNDARY_EDGES_AS_INTERNAL（256，與 FIX_INTERNAL_EDGES 併用）：邊界邊 （含條帶真開口端）夾成唯一鄰面法線。
  • 地面塊 ghost_indices：鄰接一環三角只進擬法線，絕不進 BVH、接觸或拓樸鍵；隨快照序列化， 還原後世界與 live 等價（pre_launch 無舊快照要保，每顆 trimesh 多一個長度欄）。
  • piece-group 跨 contact pair clustering：同一動態 collider × 同一固定 body × 同一非 0 piece group 的多顆 collider，其 manifold 合併為一個 solver cluster；group 由 runtime 依 canonical key 派發、不進快照、restore 後重派。
  • 現行 manifest（baseline 1）：track manifest 新增必填 collision（groundCellM 6–16、 wallStrips 環序列、singleColliderNodes 退回單顆的節點名）。pre_launch 期間 current baseline 一律維持 1（專案生命週期.md 第 3 節），schema 變動不升版號：缺 collision 的舊形由 schema 以 physics manifest collision missing 拒收，嵌入版本不等於 1 以 physics manifest version embedded invalid 拒收。無遷移、無雙讀，公版 27 顆單批重烘（場地 groundCellM 8、wallStrips 空）。作者 root extras collision 可省，省略＝ 預設格邊長、無牆條帶。
  • 宣告規模與 piece 上限在 admission 檢查：每環點數 ≤ TRACK_WALL_RING_POINTS_MAX（64）、每條 環數 ≤ TRACK_COLLIDER_PIECE_COUNT_MAX + 1、所有條帶段數合計 ≤ TRACK_COLLIDER_PIECE_COUNT_MAX， 推導端在三角歸屬之前依宣告順序檢查，超限的條帶退回單顆（歸屬判準成本為三角數×段數，累計段數 先受限）；manifest 的 wallStrips 違反上限則拒收。piece 總數由 admission 與 Stage 3 以 runtime 同一套切分純函數計數（地面依質心 XZ 格去重、牆依段長合併後的段組）， 超限拒收（Stage 3 拒收碼 collider-piece-count-exceeded），載入時另有 fail closed 守門。
  • 核心身份進入配對比對：rapier_version 改為 runtime 完整核心版本（含內嵌 WASM digest，與 rapierVersion() 全等），同套件版號下重建出不同 WASM 的核心不可混場；wire／Ledger 上限放寬到 128 UTF-8 bytes。
  • 作者規則 R1–R6（現況規格見 建模參數/場地.md 第 8.7 節）：R1 牆地分離 （宣告的牆須為獨立 solid 節點）、R2 牆為環序列條帶、R3 地面依 XZ 格分塊、R4 道具另立 entity、R5 段序列由作者宣告且 finalizer 只驗不推、R6 粒度常數化。未宣告牆的 solid region 一律 走地面分塊。
  • 宣告不吻合退回單顆＋警告（2026-10-22 使用者裁決）：admission 推導與 Stage 3 共用同一個純函數 判定（resolveWallStrips，依宣告順序）。節點是靜態 solid region 但環形狀不合法、規模超限或有三角 不歸屬 → 該 region 不切段，整顆一個 piece（FIX_INTERNAL_EDGES、無鬼三角、不分塊），節點名寫入 manifest collision.singleColliderNodes；節點不存在、是 entity 子節點或 fluid → 沒有 region 可退回， 宣告作廢。兩者都給 Stage 3 警告 wall-strip-fallback（params nodeName、reason＝原三個拒收碼之一）， 原因不進 manifest。單顆計入 piece 總數，canonical key 不變，piece group 照常派發（單一成員）； runtime 只讀 manifest、不重判。
  • Stage 2 碰撞 region 分類：場地統計分頁逐靜態 solid 節點列出法線分類（|ny| < 0.5 的三角占比 ≥ 90%＝牆、≤ 10%＝地、其餘＝混合）、三角數、依實際處置的預估 piece 數，以及每顆平均三角數的 八車成本等級（< 2000 低、2000–20000 中、> 20000 高）；常數在 ui/asset-policy，只供作者參考、 不擋送出。分級點是裁決刻度，依據是 v15632 剖析（CCD 成本隨每顆 collider 的三角數成長）與上列 formal-v3-cost 實測，非由實測擬合。
  • 三角歸屬判準（finalizer、admission、runtime 共用同一模組）：每環平面過質心、法向取 Newell 面積法向並統一朝條帶前進；三頂點皆落在相鄰兩環平面楔形內的段為候選，多候選時取三角質心到 段中心線最近者（同距取最小段號），側向距離不得超過兩環較大環半徑的 2 倍。容差 1e-5 + maxAbs × 2^-22 + q：q 為 Draco 14 bit 位置量化的半對角上界（節點世界 AABB 對角線 ÷(2^14−1)×√3/2，無 Draco 時為 0）。作者環是未量化座標、canonical 牆頂點是量化解碼值，缺 q 時每個宣告都會被誤拒。
  • runtime 聚合語意：canonical key 維持 track:material:sourceNode；damage、wear 與材質診斷依 鍵聚合；碰撞 started 事件以（trackId, canonical key）聚合：依原生事件順序維護每組接觸配對數， 計數 0→1 才發 started（同配對同幀分離後重新接觸不被吞，換手屬延續），同幀同組只留最大撞擊 能量。region、接觸處理、manifest 材質清單、傷害同分與磁力結算順序一律用碼元序比較： localeCompare 依執行環境 collation 而異，是 lockstep 分歧風險。
  • 常數（protocol ugc）：TRACK_GROUND_CELL_M = 8、TRACK_WALL_SEGMENT_LENGTH_M = 0.25、 TRACK_WALL_SEGMENT_LENGTH_MAX_M = 0.5、TRACK_COLLIDER_PIECE_COUNT_MAX = 8192（含）、 TRACK_WALL_RING_POINTS_MAX = 64（含）；TRACK_COLLIDER_REGION_COUNT_MAX = 256 不變。
  • 品質閘（src/physics-engine/track-collision-gates.spec.ts；pnpm test:gates 以研究旗標 跑重格）：基線＝同一份焊接＋正規化幾何的單顆 collider；基線與 pieces 各跑決定性擾動集合 （研究 N=9、CI N=5）；共同暖機到首次碰縫或碰牆前 20 幀取快照 S，自散視界自 S 起算。硬判準： 無抬車（|ny|＝0 的接觸 ΔY < 1 cm；只計全部執行都還在場上的幀，牆格與拒絕統計同一個窗，地面格不截在 首次碰牆、不短於判準窗，截止幀列入輸出）、法線偏差 P95 ≤ 3°、兩顆同時接觸幀的法線差 ≤ 3°、穿入 絕對 ≤ 2 mm、拒絕 ≤ 基線集合最大值 ×1.6（只計全部執行都還在場上的幀：車心仍在地面上方， 與地面格判準窗同一判定，基線與分段同規則，截止幀列入輸出；基線 0 時允許 ≤ 1；騎縫例外集合 {B 地面沿格線、 D 坡道沿格線上坡} 上限 8，屬分塊固有、鬼三角把 47 降到 5）、兩重播逐位元、非騎縫地面格 （B 直行 0° 不壓縫、B 斜向 15° 不壓縫、B 斜向 45° 不壓縫、D 直行）碰牆前全程逐位元同基線、 牆格位差與 yaw 相對 S 的增量 ≤ 2 cm／≤ 1°（視界內）。不壓縫格的前提改為判準窗（≥ 60 幀）內 全部樣本未碰地面縫；斜向 45° 兩格（騎縫與不壓縫）用車道半寬 3 m 的直線場地（車速為指令值時， 半寬 1 m 車道內 45° 判準窗不足 60 幀）；直行 0° 不碰牆、判準窗只能止於幀數， 兩種模式都跑 180 幀（600 幀必跨下一條 z 格線）。B 斜向 15°／45° 碰牆前斜跨格線，001078（cylinder 質量性質座標系）修正使軌跡在碰縫時與基線分歧；B 直行 0° 在研究閘 600 幀內漂移、第 290 幀壓上 x=0 縱向格線後分歧。三格 2026-10-26 起歸為騎縫格，以騎縫判準（位差、yaw、穿入、抬車）守門， 判準數字不變。拒絕只計在場上的幀：A 牆端的車滑出牆端、離開場地後已無場地接觸，拒絕來自旋轉 中的輪胎關節，擴大樣本分段與單顆分布重合；抬車亦同：滑出牆端後失去牆支撐，側壓使車在單一地面塊內 側傾或外側輪越過場地外緣，兩版擴大樣本（各 21 個）都有超過 1 cm 者（單顆最大 14.9 mm、分段最大 27.3 mm），接觸只有地面塊內部或場地外緣、與牆段無關；A 貼牆與 C 弧牆不離場，統計窗等於全程。成本守門（src/testing/performance/track-pieces-performance.spec.ts）：八車 heavy U 弧牆 120 幀 step P95 ≤ 90 ms、save P50 比值 ≤ 1.5。

後果與影響

  • 實測（研究層 formal-v3-cost-001038 同場次、八車 heavy 120 幀 step P95，單顆→地面分塊→ 牆宣告）：u8 256–292→57–62→63–67 ms；urban v6 1056–1108→71–79→95 ms；snowy v4 1993–2659→97–99→113–115 ms；jungle v5 540–548→112–132→108 ms。遊戲性欄（位移、yaw、 碰撞數、拒絕、底盤高）牆版與地面版相同、兩重播逐位元。地面分塊是主要槓桿；牆宣告為選配， 長直牆多段反而較貴，段長策略待調。成本守門實測 step P95 約 70 ms（單顆約 370 ms）、save P50 比值 1.25–1.33。
  • 快照位元組與 manifest digest 與分段前不相容；determinism golden 升 canonical-two-car-revision-15（Node 與 Chromium 一致）；conformance physics/track-entity-snapshot 只改 snapshotSha256。
  • 已知限制（閘的偵測力邊界）：正式 hard CCD 把每幀位移截斷在首次撞擊、滾動接地也被截， 軌跡判準只覆蓋事件前的自由段（001050）；穿入相對比較在三角序雜訊下無鑑別力，改用絕對 上限後，閘偵測不到此雜訊以下的穿入差；CCD 全關的觀察組顯示分段弧牆有 yaw 差、待歸因 （001051）；牆末端被旗標夾成面法線，留有穿入尾巴（001048）；leader 換手的 warm start 是 近似（001049）；鬼一環只收共享邊三角，塊角頂點擬法線與整片略異（曲面 point-containment 微差）；非等比縮放或 shear 的牆節點量化項會低估而誤拒（fail-closed）。
  • 同期登錄：takeSnapshot 就地重算質量，拍不拍快照會改變原生狀態（001046）；U 形牆三角歸屬 跑到遠段（001047，已改為最近段中心線＋側向守門）；urban RP1 up 向量與 finalizer 邊界法線 穩健性（001052）；builtin route 正規化不冪等（001053）。
  • 001028 原生質量 getter RigidBody.nativeMassProperties() 併入第一代重建：質量來源驗證直讀原生 值，active 快取核對改在拋棄式 scratch 世界進行，不碰被採用的世界。
  • 草案處置分級的落地範圍（使用者 2026-10-22 裁決範圍 B，追蹤於 issue 001038）：R2／R3 不符時 退回單顆並給警告、Stage 2 分類與成本等級 UX 已落地（見上列兩條決定）。R1（牆地分離）與 R4 （道具另立）維持現況：不設硬檢核，牆地未分離就不宣告、與地面一起分塊；道具沿用 entity 機制。 長直牆的段長策略（例如直段不切或放寬單段上限）仍待調。
  • 修訂關係：D-20260811-04 的「每 region 一個 fixed trimesh collider」改為 region 內多 piece，逐 region 材質與 canonical key 語意不變； D-20260524-03 的 Rapier 版本鎖定延伸到 vendored fork 的 repair 代識別與 finite-equivalence 義務。