物理引擎基礎(chǔ)

主要功能

各種力的支持：比如重力，摩擦力，動(dòng)力，浮力等。

基本的物理體：簡(jiǎn)單的幾何形體，比如長(zhǎng)方體，球，平面等。三維網(wǎng)格模型，可以使用簡(jiǎn)單的幾何體作為包圍體來(lái)

代替模型。

物體間的碰撞檢測(cè)：可以使用包圍體的簡(jiǎn)單計(jì)算方式，也可以采用三維網(wǎng)格的精確碰撞（但對(duì)計(jì)算量消耗較大）。

CCD（連續(xù)碰撞檢測(cè)）可以提供跟高精度的碰撞響應(yīng)。

碰撞反應(yīng)：物理引擎能夠根據(jù)碰撞發(fā)送的具體情況，按照物理規(guī)律計(jì)算物體的碰撞反應(yīng)。

粒子系統(tǒng)：粒子系統(tǒng)的計(jì)算過(guò)程就是物理仿真的過(guò)程。

其他功能：如使用剛體以及剛體鏈接關(guān)系實(shí)現(xiàn)布娃娃系統(tǒng)（Rag Doll)。布料，可變性物體以及可破壞物體等。

簡(jiǎn)單操作

Rigidbody

剛體，其中的Constraints：如果勾選其中的對(duì)應(yīng)方向，則物體將在該方向上被鎖定。Use gravity：是否使用重力。

有專(zhuān)門(mén)的物理材質(zhì)（Physic ?Material)：其中的Bounciness代表的是彈性。

Plane自帶有Mesh Collider碰撞體。

Constant Force：一個(gè)恒力

典型物理效果模擬

四元數(shù)Quaternion

使用四元數(shù)（使用歐拉角會(huì)帶來(lái)萬(wàn)向節(jié)死鎖問(wèn)題）表示旋轉(zhuǎn)的一個(gè)最大好處就是可以實(shí)現(xiàn)SLERP插值（spherical

linear interpolation，球面線性插值）。

SLERP插值的原理

普通線性插值的計(jì)算方法

1.計(jì)算兩個(gè)值的差：△a=a1-a0；

2.取得差的一部分：t△a；

3.在初始值上加上2中的結(jié)果：lerp（a0，a1，t）=a0+t△a。

四元數(shù)中的插值

1.△a=a1/a0；

2.（△a）t ? ? 這里是t次方；

3.slerp（a0，a1，t）=a0（△a）t。

四元數(shù)在游戲中的應(yīng)用

用來(lái)替代歐拉角來(lái)參與旋轉(zhuǎn)計(jì)算，和歐拉角之間可以互相轉(zhuǎn)換。（游戲中表示旋轉(zhuǎn)，一般還是以歐拉角為主），即

四元數(shù)僅僅參與中間的計(jì)算。

應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的子彈發(fā)射效果，在場(chǎng)景中制作好一個(gè)預(yù)制件，將下面的腳本賦給攝像機(jī)，然后將預(yù)制件拖拽給腳本

開(kāi)放出來(lái)的參數(shù)。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class BallFire : MonoBehaviour
{
? ?public GameObject bullet;
? ?static float pressTime = 0f;
? ?// Start is called before the first frame update
? ?void Start()
? ?{
? ? ? ?
? ?}

? ?// Update is called once per frame
? ?void Update()
? ?{
? ? ? ?if(Input.GetButton("Fire1"))
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?pressTime += Time.deltaTime;
? ? ? ?}
? ? ? ?if(Input.GetButtonUp("Fire1"))
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
? ? ? ? ? ?GameObject b = Instantiate(bullet, ray.origin, Quaternion.LookRotation(ray.direction)) as GameObject;
? ? ? ? ? ?var cf = b.GetComponent<ConstantForce>().relativeForce = new Vector3(0, 0,pressTime * 10);
? ? ? ? ? ?pressTime = 0;
? ? ? ?}
? ?}
}

鏈接結(jié)構(gòu)（Joint）

用來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)世界中的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)（joint是一個(gè)寬泛的概念，泛指用來(lái)連接不同物體的一種結(jié)構(gòu)）

Joint是“約束”的一種（約束相關(guān)物體的運(yùn)動(dòng)）

常見(jiàn)類(lèi)型

Character Joint ：常用來(lái)表示人體的一些骨骼鏈接

Hinge Joint：門(mén)扇類(lèi)型

Fixed Joint：相關(guān)的物理體無(wú)法發(fā)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是固定的結(jié)構(gòu)

Spring Joint：彈簧類(lèi)型

Configurable Joint :一般類(lèi)型，可配置類(lèi)型，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)需要來(lái)約束Joint的自由度，可以用在布娃娃系統(tǒng)

（Ragdoll）中。

可破壞鏈接

當(dāng)力或者力矩達(dá)到閾值的話，鏈接關(guān)系破壞?？梢詫?shí)現(xiàn)一些游戲功能（當(dāng)破壞發(fā)生時(shí)，使用觸發(fā)函數(shù)）

Anchor表示物體的旋轉(zhuǎn)軸。

Rigidbody中的Is Kinematic如果勾選上表示該物體是運(yùn)動(dòng)學(xué)物體，不受力的影響（一般是空物體勾選）。

簡(jiǎn)單操作

新建一個(gè)空物體，為其添加約束類(lèi)型的組件。新建一個(gè)盒子，將其拖拽給空物體的約束組件的Connected Body

（一般要為盒子添加剛體組件之后才可以添加）。

Joint屬性面板中的Break Force和Break Torque表示外部受到的力大到一定程度的時(shí)候，鏈接會(huì)被破壞。（使用上

節(jié)的簡(jiǎn)單子彈效果進(jìn)行實(shí)踐，當(dāng)子彈打到這些物體時(shí)，鏈接會(huì)被破壞）

碰撞事件

碰撞檢測(cè)）作用：游戲很多機(jī)制依賴(lài)于碰撞事件（傷害判定，觸發(fā)對(duì)話，人工智能，特效等）

碰撞體

基礎(chǔ)碰撞體：規(guī)整的幾何體，比如球，長(zhǎng)方體，圓柱，膠囊等。可以通過(guò)基礎(chǔ)碰撞體組合出較精確的復(fù)合碰撞體。

網(wǎng)格碰撞體

靜態(tài)碰撞體（應(yīng)用于場(chǎng)景物體，不發(fā)生移動(dòng)，利于做優(yōu)化，碰撞信息可以提前預(yù)計(jì)算）

碰撞類(lèi)型

1、碰撞體碰撞：碰撞物體空間不能沖突（就比如兩個(gè)拳頭碰撞）

2、觸發(fā)器碰撞：碰撞物體空間可沖突（就比如浮力）

碰撞產(chǎn)生的條件

兩個(gè)物體必須都有碰撞器，且至少其中一個(gè)有剛體組件

碰撞響應(yīng)消息

碰撞檢測(cè)消息：參與碰撞的物體，需要滿足什么條件時(shí)，才能進(jìn)行碰撞檢測(cè)

觸發(fā)器響應(yīng)消息

觸發(fā)器消息：

實(shí)踐

每個(gè)物體都有一個(gè)Collider，表示這個(gè)物體可以發(fā)生碰撞，點(diǎn)擊edit collider可以調(diào)整碰撞體的大小。

浮力效果

實(shí)現(xiàn)原理

1.通過(guò)觸發(fā)器碰撞實(shí)現(xiàn)。

2.物體處于另外一個(gè)物體內(nèi)的時(shí)候，有響應(yīng)事件。

3.按照浮力公式對(duì)進(jìn)入力場(chǎng)的物體施加力。