unity3d-物理引擎是什么？

一、Unity3D 物理引擎概述

Unity3D 物理引擎的主要功能是在游戏中模拟真实的物理效果。例如，在游戏场景中有两个圆柱立方体对象，一个位于天空，另一个在地面。当天空中的圆柱立方体开始自由下落，并与地面上的圆柱立方体发生碰撞时，Unity3D 物理引擎就可以模拟出这种真实碰撞的自然效果。

若要让模型感应物理引擎的效果，需要为该对象添加刚体组件或角色控制器组件。

二、刚体（Rigidbody）

2.1 刚体组件的作用

刚体是一个非常重要的组件。在 Unity 中，新创建的物体默认不具有物理效果，而刚体组件可以为物体添加常见的物理属性，如物体质量、摩擦力和碰撞参数等。这些属性能够真实地模拟物体在 3D 游戏世界中的各种行为。

2.2 示例操作

下面我们在 Unity 中进行一个简单的实验：

1. 创建一个 plane（平面）和两个 cube（立方体）。其中，蓝色 cube 默认没有添加 rigidbody 组件，而我们要给红色 cube 添加刚体组件。
2. 添加刚体组件的方法有两种：
   • 通过 “Component—>Physics—>Rigidbody”。
   • 在 Inspector 窗口，选择“AddComponent—>Physics—>Rigidbody ”。

运行游戏后，我们可以观察到，添加了刚体的红色 cube 会感应到物理效应，从空中落下，而蓝色 cube 则保持静止。

2.3 查看刚体属性

在 Inspector 窗口中，我们可以看到 Rigidbody 包含的属性。这里简单介绍几个属性的含义，详细内容可查阅手册。

三、力

3.1 力在刚体中的作用

力是物理学中的重要元素，种类繁多。刚体组件可以受力的作用，例如给刚体施加一个 X 轴方向的力，那么该刚体绑定的物体将沿 X 轴方向向前移动。这就如同用力将物体扔出去，物体会以抛物线的形式移动，而非呆板的匀速平移。

3.2 施加力的方式

施加力的方式有两种：

1. 普通力：通过设定力的方向和大小，相当于把力施加在物体的重心上。
2. 位置力：需要设定目标点的位置，物体将朝向这个目标位置施加力。

3.3 示例代码演示

下面通过代码演示如何使用 AddForce 和 AddForceAtPosition 方法：

// 定义三个变量
public GameObject whiteSph; // 白色球体，施加普通力的对象
public GameObject redSph;   // 红色球体，施加目标位置力的对象
public GameObject targetPos; // 目标对象

void OnGUI()
{
if (GUILayout.Button("普通力"))
{
redSph.GetComponent<Rigidbody>().AddForce(0, 1000, 0); // Y 轴上力的大小为 1000，即向上
}
if (GUILayout.Button("位置力"))
{
// 算出 whiteSph 到 targetPos 的目标向量
Vector3 c = targetPos.transform.position - whiteSph.transform.position;
// 在 c 位置施加一个位置力，targetPos 将会向这个位置移动
whiteSph.GetComponent<Rigidbody>().AddForceAtPosition(c, targetPos.transform.position, ForceMode.Impulse);
}
}

操作步骤如下：

1. 创建脚本，定义上述三个变量。
2. 使用 GUI 绘制两个 Button，分别控制“普通力”和“位置力”的逻辑代码。
3. 将脚本挂载到 Camera 上，并给变量拖拽赋值，然后运行游戏查看效果。

3.4 运行结果分析

运行游戏后，刚体会受物理效应影响往下落：

1. 当单击“普通力”按钮时，红色球体会因施加了向上的力而往天空弹起，但最终还是会下落。
2. 当单击“位置力”按钮时，白色球体会朝着红色方块位置添加力，并最终移动到该位置。
3. 当改变红色 cube 坐标后，目标位置也会随之移动。

3.5 方法区别及相关解释

手册上对这两个方法的解释如下：

1. AddForce：添加一个力到刚体，作为结果刚体将开始移动。
2. AddForceAtPosition：在 position 位置应用 force 力，作为结果将在这个物体上应用一个力矩和力。

关于力矩，手册中提到 AddTorque 函数：添加一个力矩到刚体，作为结果刚体将绕着 torque 轴旋转。手册中还有很多函数，有兴趣的读者可以自行测试。

四、碰撞与休眠

4.1 碰撞状态监听

刚体与物体之间存在碰撞，一旦刚体开始移动，就可以在系统方法中监听刚体的碰撞状态。碰撞分为三种：

1. 进入碰撞
2. 碰撞中
3. 碰撞结束

4.2 碰撞器

游戏对象若要感应碰撞，必须添加碰撞器。默认情况下，创建游戏对象时会自动添加碰撞器。Unity 为对象提供了 6 种碰撞器：

1. Box Collider（盒子碰撞器）
2. Sphere Collider（球体碰撞器）
3. Capsule Collider（胶囊碰撞器）
4. Mesh Collider（网格碰撞器）
5. Wheel Collider（车轮碰撞器）
6. Terrain Collider（地形碰撞器）

4.3 物理材质

在碰撞器之间可以添加物理材质，用于设定物理碰撞后的效果。添加物理材质后，物体碰撞后会相互反弹，反弹力度由物理材质决定。

Unity 标准资源包中提供了一些物理材质的资源，我们可以将其导入到当前工程中。导入成功后，给之前的 Plane 添加弹性材质，运行游戏，会发现刚体在弹性材质的作用下会反弹。

4.4 碰撞检测

进行碰撞检测需要满足以下条件：

1. 两个游戏对象必须有 Collider。
2. 对于双方都要检测的物体，至少其中一个必须是刚体。
3. 如果刚体是运动的，且双方都没有设置碰撞体的 Is Trigger 属性，双方可以通过 OnCollisionEnter 函数检测碰撞。
4. 如果至少一个碰撞体的 Is Trigger 被设置，双方可以通过 OnTriggerEnter 检测碰撞。

本人刚接触 Unity3D 不久，以上是记录今天学习的知识，如有错误之处，请多多指教！手册可在网上下载获取。