Godot主动布偶控制器拾取站立物体时浮空问题求助

我正在Godot中开发一款类似《人类一败涂地》的主动布偶控制器，布偶由关节连接的PhysicalBone3D（刚体）构成，用胡克定律让物理骨骼旋转匹配动画骨骼的旋转。用Pin Joint实现手固定刚体的拾取功能，整体效果不错，但拾取自己站立的物体时，物体会浮空。

胡克定律实现代码 #

func hookes_law(displacement: Vector3, current_velocity: Vector3, stiffness: float, damping: float) -> Vector3:
    return (stiffness * displacement) - (damping * current_velocity)

物理骨骼旋转同步代码 #

for b:PhysicalBone3D in physics_bones:
    var target_transform: Transform3D = animated_skel.global_transform * animated_skel.get_bone_global_pose(b.get_bone_id())
    var current_transform: Transform3D = global_transform * physical_skel.get_bone_global_pose(b.get_bone_id())
    var rotation_difference: Basis = (target_transform.basis * current_transform.basis.inverse())
    var torque = hookes_law(rotation_difference.get_euler(), b.angular_velocity, angular_spring_stiffness, angular_spring_damping)
    torque = torque.limit_length(max_angular_force)
    
    b.angular_velocity += torque * delta

原本预期物体只会翻转或保持不动，推测是物体和布偶之间存在反复的推拽交互。降低胡克定律的刚度能稍有改善，但会导致布偶变得非常无力，想知道问题根源。

核心原因 #

这个浮空问题本质是物理骨骼的弹簧驱动力与拾取关节的约束之间产生了循环反馈：

1. 当用Pin Joint把手固定在站立的物体上时，布偶身体（尤其是腿部）会因胡克定律的弹簧力试图匹配动画姿态，这个力会通过手部的Pin Joint传递给物体。
2. 物体受力后位移，反过来带动布偶手部位置改变，导致物理骨骼与动画骨骼的旋转差变大，弹簧驱动力进一步增强，最终把物体“拽”起来。
3. 用欧拉角计算旋转差的方式本身存在缺陷：欧拉角会出现万向锁，且旋转差计算非线性，弹簧力输出会出现异常波动，放大了这种循环反馈。

针对性解决方法 #

1. 替换旋转差计算方式：放弃欧拉角，改用四元数计算旋转差值，避免万向锁，让弹簧力输出更平滑：

   var target_rot = target_transform.basis.get_quaternion()
   var current_rot = current_transform.basis.get_quaternion()
   var rot_diff = target_rot * current_rot.inverse()
   # 将四元数转换为轴角，得到力矩方向与大小
   var axis_angle = rot_diff.get_axis_angle()
   var torque_dir = axis_angle.axis
   var torque_mag = axis_angle.angle * angular_spring_stiffness - angular_spring_damping * b.angular_velocity.length()
   var torque = torque_dir * torque_mag
   torque = torque.limit_length(max_angular_force)
   

2. 拾取时动态调整弹簧参数：检测到手部通过Pin Joint连接物体时，临时降低腿部等地面接触部位的弹簧刚度，甚至短暂关闭这些部位的弹簧驱动力，减少对物体的额外拉扯。
3. 调整质量配比：提升被拾取物体的质量，让它更难被布偶的弹簧力拉动；同时保证布偶自身质量设置合理，避免质量比失衡。
4. 添加地面约束：当布偶站立在物体上时，给物体添加临时的地面吸附力，或让布偶腿部物理骨骼与物体之间产生更高的摩擦力，减少相对位移的触发条件。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者PiCode