碰撞检测

碰撞产生的条件：两个物体都有碰撞器，至少一个物体有刚体
碰撞器：用来表现一个3D物体的体积
刚体：用来受到力的效果
作用： 实体物体之间产生物理效果

物理材质

物理材质是用于决定物体产生碰撞时，这些物体之间的摩擦和弹性表现的。

创建物理材质

Project右键 -> Creat -> Physic Material / Physic Material 2D

物理材质的参数

参数 作用
滑动摩擦力（Dynamic Friction） 值越大摩擦力越大
静摩擦力（Static Friction） 值越大摩擦力越大
弹性（Bounciness） 值为0不会反弹，1反弹时不产生任何能量损失
摩擦力组合方式（Friction Combine） Average：对两个摩擦力求平均值。/ Minimun：使用两个值中的最小值。 / Maxmum：使用两个值中的最大值。/ Multiply：两个摩擦值相乘。

物理碰撞

Collider碰撞器组件

碰撞器是用于在物理系统中表示物体体积的（形状或范围），刚体通过得到碰撞器的范围信息进行计算，判断两个物体的范围是否接触，如果接触，就会模拟力的效果产生速度和旋转。

碰撞器种类

  1. 3D碰撞器
  • 盒状
  • 球状
  • 胶囊
  • 网格：Mesh Collider，加了刚体的碰撞器必须勾选Convex才能受到力的作用
  • 轮胎：Wheel Collider
  • 地形：Terrain Collider

注： 没加粗的三种碰撞器性能消耗较高，但比较准确。

  1. 2D碰撞器
  • 圆形碰撞器
  • 盒状碰撞器
  • 多边形碰撞器
  • 边界碰撞器
  • 胶囊碰撞器
  • 复合碰撞器

共同参数

参数 作用
是否是触发器（Is Trigger） 勾选即被物理引擎忽略，用于无物理效果的碰撞检测
物理材质（Material） 可以确定碰撞体和其他对象碰撞时的表现方式（摩擦、弹性）
中心点（Center） 碰撞体在对象局部空间中的中心点位置

特有参数

3D碰撞器：

碰撞器种类 参数 作用
盒状碰撞器（Box Collider） 大小（Size） 碰撞体在X、Y、Z方向上的大小
球状碰撞器（Sphere Collider） 半径（Radius） 球形碰撞器的半径大小
胶囊碰撞器（Capsule Collider） 半径（Radius）/ 高度（Height）/ 轴向（Direction） 胶囊体的半径 / 高度 / 在局部空间中的轴向

注： 异形物体使用多种碰撞器组合，刚体对象的子对象碰撞器信息参与碰撞检测。
例如，要创建一个汽车（质量一定要足够大 1500kg）：

Car.png (204×115)

2D碰撞器：

碰撞器种类 参数 作用
圆形碰撞器（Circle Collider 2D） 半径（Radius）/ 圆心偏移位置（Offset）/ 是否被附加的2D效应器使用（Used By Effector） 圆形碰撞器的半径大小 / 圆心偏移位置 / 被附加的2D效应器使用
盒状碰撞器（Box Collider 2D） 大小（Size）/ 是否附加到2D符合碰撞器（Used by Composite）/ 自动改变尺寸（Auto Tiling）/ 边缘半径（Edge Radius） 碰撞体在X、Y、Z方向上的大小 / 附加到2D符合碰撞器 / 如果精灵渲染器组件的Draw Mode设置为Tiled平铺模式，勾选后，当改变精灵大小时将自动更新碰撞器的尺寸 / 使四个顶点为圆角
多边形碰撞器（Polygon Collider 2D） 多边形顶点（Points） 一般用Edit Collider编辑
边界碰撞器（Edge Collider 2D） 一般用Edit Collider编辑，主要用于确定地形范围
胶囊碰撞器（Capsule Collider 2D） 胶囊的宽高（Size）/ 轴向（Direction） 胶囊体的半径 / 高度 / 在局部空间中的轴向
复合碰撞器（Composition Collider 2D） 几何学类型（Geometry Type：空心轮廓（Outlines）、实心多边形（Polygons）/ 生成类型（Generation Type）：对2D复合碰撞器或使用的其他碰撞器修改时，Unity立即生成新几何体（Sychronous）、手动生成，代码或点击按钮（Manual）/ 从复合碰撞器收集顶点时允许的最小间距值（Vertex Distance） 合并碰撞体时，碰撞体顶点将组合为两种不同的几何体类型：空心可以放在内部但实心不行 / 复合碰撞器在何时生成新几何体 / 控制碰撞器的准确度

注意： 复合碰撞器一定要配合刚体使用

区别碰撞和触发

  1. 碰撞：会产生实际的物理效果
  2. 触发：看起来不会产生碰撞，但是可以通过函数监听触发

响应函数

注意： 碰撞和触发响应函数属于特殊的生命周期函数，也是通过反射调用
执行时机：只要挂载的对象能和别的物体产生碰撞或者触发，那么对应的这6个函数就都能被响应。
特殊情况：如果是一个异形物体，刚体在父对象上，不能通过子对象上挂载脚本检测碰撞，必须挂载到这个刚体父对象上。

物理碰撞检测

触碰时：

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private void OnCollisionEnter(Collision collision)
{
	// 碰撞后的执行逻辑
}

Collision类型的参数包含了碰到自己的对象的相关信息。
关键参数：

  1. 碰撞到的对象碰撞器的信息：collision.collider
  2. 碰撞对象的依附对象（GameObject）：collision.gameObject
  3. 碰撞对象的依附对象的位置信息：collision.transform
  4. 触碰点数相关：collision.contactCount
    接触点具体的坐标：ContactPoint[] pos = collision.contacts

分离时：

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private void OnCollisionExit(Collision collision)
{
	// 碰撞结束执行逻辑
}

相互接触摩擦时：

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// 不停调用
private void OnCollisionStay(Collision collision)
{
	// 相互接触摩擦时执行逻辑
}

触发器检测

触发时：

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private void OnTriggerEnter(Collider other)
{
	// 触发时执行逻辑
}

结束时：

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private void OnTriggerExit(Collider other)
{
	// 水乳相融状态结束执行逻辑
}

正在触发时：

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// 不停调用
private void OnTriggerStay(Collider other)
{
	// 水乳相融状态时执行逻辑
}

注： 碰撞和触发器函数都可以写成虚函数，在子类去重写逻辑。一般会把想要重写的碰撞和触发函数写成保护类型的（没有必要写成 public，因为不会自己手动调用，都是Unity通过反射帮助我们自动调用的）。

2D效应器

2D效应器是配合2D碰撞器一起使用，可以让游戏对象在相互接触时产生一些特殊的物理作用力，快捷的实现传送带、互斥、吸引、漂浮、单向碰撞等等效果。

要使一个物体变为效应器，需要添加2个组件：碰撞器（勾选Used By Editor、is Trigger） 和 效应器

共有参数：

参数 作用
是否启用碰撞器遮罩（Use Collidr Mask） 开启后可以选择控制碰撞器作用范围
阻力（区域、点：Drag、浮力：Linear Drag） 受到的移动阻力系数
扭矩阻力（Angular Drag） 受到的旋转阻力系数
施加力的角度（区域：Force Angle、浮力：Flow Angle） 物体进来时受到的力的角度
施加力的大小（区域、点：Force Magnitude、浮力：Flow Magnitude水平推动的力） 物体进来时受到的力的大小
施加力的随机大小变化（区域、点：Force Variation、浮力：Flow Variation） 对物体施加的力的大小变化范围

特有参数：

效应器种类 主要作用 重要参数
区域效应器Area Effector 2D 在一个区域内让游戏对象受到力和扭矩力的作用 1. 是否启用世界坐标系角度（Use Global Angle）：不勾选默认区域效应器角度；2. 施加力的作用点（Force Target）：刚体质心（不产生扭矩力）、碰撞器（有扭矩力）。
浮力效应器Buoyancy Effector 2D 模拟流体行为，浮动和阻力相关设置，让玩家看起来像在水里移动 1. 流体密度（Density）：密度越大，向上浮动的力越大；2. 浮力流体的表面位置（Surface Level）。
点效应器Point Effector 2D 模拟磁铁吸引或者排斥的效果 1. 效应器和目标之间距离的缩放（Distance Scale）：计算距离时，会按该比值对距离进行缩放；2. 力源（Force Source）；3. 施加力的作用点（Force Target）：刚体质心（不产生扭矩力）、碰撞器（有扭矩力）；4. 力的模式（Force Mode）：Constant：忽略源和目标之间相隔的距离；Inverse Linear：反线性距离计算，距离越远，力的大小呈线性减小；Inverse Squared：反平方距离，力的大小呈指数减小，类似显示世界重力。
平台效应器Platform Effector 2D（不做成触发器） 2D游戏当中的平台或可往上跳跃的墙壁 1. 旋转偏移量（Rotational Offset）：控制平台角度偏移；2. 是否使用单向碰撞行为（Use One Way）：可以从下方往上跳；3. 是否使用组合单向碰撞行为（Use One Way Grouping）；4. 不允许通过的表面（Surface Arc）；5. 是否在平台两侧使用摩擦（Use Side Friction）；6. 是否在平台两侧使用弹力（Use Side Bounce）；7. 左右两侧平台的响应弧度（Side Arc）。
表面效应器Surface Effector 2D（不做成触发器） 模拟传送带 1. 表面保持的速度（Speed）；2. 速度随机增加值（Speed Variation）；3. 力的缩放（Force Scale）：缩放沿表面移动时的力。0为不施加力，值越大，速度越快。不建议设置为1，可能会抵消物体上的其他力；4. 对接触物体表面的接触点施加力（Use Contact Force）：勾选后会让物体旋转；5. 是否使用摩擦力（Use Friction）；6. 是否使用弹力（Use Bounce）。

刚体加力

给刚体加力的目标： 让其有一个速度，朝着某一个方向移动

RigidBody刚体组件

  1. 核心功能：
  • 赋予对象物理属性，遵循物理定律运动。
  • 实现碰撞响应。
  • 支持力、扭矩、速度等物理量控制，实现抛射、推动等效果。
  1. 关键参数
关键参数 作用
质量（Mass） 默认为kg，质量越大惯性越大
空气阻力（Drag） 值越大，物体减速越快
角速度拖动（Angular Drag） 旋转时的阻力，影响物体旋转减速速度
是否受重力（Use Gravity） 勾选后对象受重力下落
是否运动学（Is Kinematic） 勾选后不受物理引擎控制，仅通过代码或动画 HingeJoint 驱动
插值运算（Interpolate） 让刚体移动更平滑。None不应用；Interpolate根据前一帧的变换来平滑变换；Extrapolate根据下一帧的估计变换来平滑变换
碰撞检测模式（Collision Detection） 防止快速移动的对象穿过其他对象而不检测碰撞。Discrete：离散检测，性能消耗更低，但是可能存在问题；Continuous：连续检测，性能消耗更高，但比较准确。
约束（Constraints） 对刚体运动的限制
  1. 2D刚体组件

2D刚体组件与3D刚体组件最大的区别是Body Type刚体类型不同。

  • 这是Dynamic动态的刚体类型对应的参数：
特殊参数 作用
物理材质（Material） 可以确定碰撞体和其他对象碰撞时的表现方式
Simulate 碰撞器、关节模拟物理效果
使用自动质量（Use Auto Mass） 是否使用自动质量
影响位置移动的阻力系数（Linear Dray） 值越大，阻力越大
影响旋转移动的阻力系数（Angular Dray） 值越大，阻力越大
受重力影响的程度（Gravity Scale） 值越大，受重力程度越大
睡眠模式（Sleeping Mode） 刚体休眠（Never Sleep：从不休眠；Start Awake：最初唤醒； Start Asleep：最初睡眠，但可以被碰撞唤醒）

注意：

  1. 如果父物体上的刚体设置了物理材质，若子物体有碰撞器但是没有设置材质，则会用通用的刚体的物理材质。（查看通用物理材质：Edit -> Project Settings -> Physics 2D）
  2. 物理材质的使用优先级：碰撞器 -> 刚体 -> Physics 2D
  • 这是Kinematic运动学类型的刚体类型对应的参数：

特点：不受力的影响，只能通过代码让其动起来。能和动态2D刚体产生碰撞，但是不会动，只会进入碰撞检测函数，因此它没有质量、摩擦系数等属性，性能消耗较低。

特殊参数 作用
Simulate 碰撞器、关节模拟物理效果。运动学类型的刚体的特殊作用：启用后，会充当一个无限质量的不可移动对象，可以和所有2D刚体产生碰撞。（如果Use Full Kinematic Contacts 禁用，他只会和动态刚体碰撞）
Use Full Kinematic Contacts 启用：和所有2D刚体碰撞；禁用：只能和动态刚体产生碰撞。
  • 这是Static静态类型的刚体类型对应的参数：

特点：完全不动的需要检测碰撞的对象。相当于无限质量不可移动的对象。性能消耗最小，只能和动态刚体碰撞。相当于只能检测动态刚体的碰撞器。

如何选择这3种刚体类型：

  1. Dynamic动态刚体：受力作用，要动要碰撞的对象
  2. Kinematic运动学刚体：通过刚体API移动的对象，不受力作用，但是想要进行碰撞检测。
  3. Static静态刚体：不动不受力作用的静态物体，但是想要进行碰撞检测。

刚体休眠

  1. 定义：Unity为了节约性能，会给刚体加一个休眠机制。在一定情况下不产生力的效果。
  2. 解决这个问题的方法：
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// 获取刚体是否处于休眠状态 如果是
if(rigidBody.IsSleeping())
{
	// 就唤醒它
	rigidBody.WakeUp();
}

常见操作

施加力

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// 1. 获取刚体组件
Rigidbody rigidBody = this.GetComponent<Rigidbody>();

// 2. 添加力
// 加力后对象是否停止移动 由阻力决定
rigidBody.AddForce(Vector3.forward * 10); // 相对于世界坐标系z轴正方向加了一个力
rigidBody.AddForce(this.transform.forward * 10); // 相对于世界坐标系 对象朝自己的面朝向移动
rigidBody.AddRelativeForce(Vector3.forward * 10); // 相对于本地坐标

AddForce 有重载函数，第二个参数是力的模式，主要作用是改变计算方式，也因为计算方式不同，最终的移动速度不同。

力的模式 效果
Acceleration 给物体施加一个持续的加速度，忽略其质量（m默认为1）
Force 给物体添加一个持续的力，与物体的质量有关
Impulse 给物体添加一个瞬间的力，与物体的质量有关，忽略时间（t默认为1）
VelocityChange 给物体添加一个瞬时速度（t默认为1），忽略质量（m默认为1）

Unity中自带一个力场脚本：Constant Force，添加这个脚本后会有持续的力的效果。主要作用是控制场景上一个物体的不停移动和旋转。

参数：

  • Force：物理更新时（Edit -> Project Setting -> Time）施加于物体上的线性力
  • Relative Force：物理更新时相对于刚体对象的坐标系施加线性力
  • Torque：物理更新时施加的扭矩力

施加扭矩力

作用：让其旋转

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// 相对世界坐标
rigidBody.AddTorque(Vector3.up * 10);
// 相对本地坐标
rigidBody.AddRelativeTorque(Vector3.forward * 10);

直接改变速度

这个速度方向是相对于世界坐标系的：rigidBody.velocity = Vector3.forward * 5;

模拟爆炸效果

注： 要得到所有希望产生爆炸效果影响的对象的刚体，来执行这个方法

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// 参数1：受力大小
// 参数2：受力中心
// 参数3：受力半径
rigidBody.AddExplosionForce(100, Vector3.zero, 10);

范围检测

作用： 游戏中瞬时的攻击范围判断

如何进行范围检测

必备条件： 想要被范围检测的对象必须具备碰撞器
注意点：

  1. 相关API只有当执行该句代码时，进行一次范围检测，它是瞬时的。
  2. 相关API并不会产生一个碰撞器，只是碰撞判断计算而已。

范围检测API

盒状范围检测( 关于层级补充知识 )

API1:

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// 参数一：立方体的中心点
// 参数二：立方体三边大小
// 参数三：立方体角度
// 参数四：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数五：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：数组（在该范围内的触发器）

Collider[] colliders = 
Physics.OverlapBox(Vector3.zero, new Vector3(3, 4, 5), 
	Quaternion.AngleAxis(45, Vector3.up),
	1 << LayerMask.NameToLayer("UI") |
	1 << LayerMask.NameToLayer("Default"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal
	)

补充知识：关于层级（重要）
通过名字得到层级编号：LayerMask.NameToLayer。我们需要通过编号左移构建二进制数，这样每一个编号的层级都是对应位为1的2进制数，我们通过位运算可以选择想要检测层级。
好处：一个 int 就可以表示所有想要检测的层级信息。

层级编号是 0~31（32位，与int占位一致）：

每一个编号代表的都是二进制的一位：

层级 运算 2进制表示 2进制运算结果
0层 1 << 0 0000 0001 1
1层 1 << 1 0000 0010 2
2层 1 << 2 0000 0100 4
3层 1 << 3 0000 1000 8
… … … …

这样可以进行位运算，比如上面给出的例子是0000 0001 | 0010 0000 = 0010 0001 = 33，然后Unity内部进行&运算来判断哪些层级要检测。

API2:

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// 参数：前面的参数和 API1 一样，后面需要传一个数组（碰撞到的东西）
// 返回值：一个int（碰撞到的碰撞器数量）
Collider[] colliders;
Physics.OverlapBoxNonAlloc(Vector3.zero, Vector3.one, colliders)

球形范围检测

API1:

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// 参数1：中心点
// 参数2：球半径
// 参数3：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数4：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：一个数组（在该范围内的触发器）
Physics.OverlapSphere(Vector3.zero, 5, 
	1 << LayerMask.NameToLayer("Default"),
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal
	)

API2：

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// 参数：前面的参数和 API1 一样，后面需要传一个数组（碰撞到的东西）
// 返回值：一个int（碰撞到的碰撞器数量）
Collider[] colliders;
Physics.OverlapSphereNonAlloc(Vector3.zero, Vector3.one, colliders)

胶囊范围检测

API1:

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// 参数1：半圆一中心点
// 参数2：半圆二中心点
// 参数3：半圆半径
// 参数4：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数5：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：一个数组（在该范围内的触发器）
Physics.OverlapCapsule(Vector3.zero, Vector3.up, 1 
	1 << LayerMask.NameToLayer("Default"),
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal
	)

API2:

1
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// 参数：前面的参数和 API1 一样，后面需要传一个数组（碰撞到的东西）
// 返回值：一个int（碰撞到的碰撞器数量）
Collider[] colliders;
Physics.OverlapCapsuleNonAlloc(Vector3.zero, Vector3.up, 1, colliders)

射线检测

作用： 在指定点发射一个指定方向的射线，判断该射线与哪些碰撞器相交，得到相应对象。

如何进行射线检测

声明射线对象

  1. 3D世界中的射线
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// 参数1：起点
// 参数2：方向向量
Ray r = new Ray(Vector3.right, Vector3.forward); // Ray是Unity中提供的一个类

Ray中的参数：
1. 起点：r.origin
2. 方向：r.direction

  1. 摄像机发射的射线
1
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// 起点：屏幕位置
// 方向：摄像机视口方向
Ray r2 = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);

射线碰撞检测

注意：
1. 射线检测也是瞬时的，执行代码时进行一次射线检测。
2. 检测的最大距离 和 检测指定层级 都是int类型，传层级之前一定要传距离

只检测是否碰撞到对象

API1：

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// 1. 准备一条射线
Ray r3 = new Ray(Vector3.zero, Vector3.forward);

// 2. 进行射线检测
// 参数1：射线
// 参数2：检测的最大距离
// 参数3：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数4：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：bool (如果碰撞到对象 返回true，否则返回false)

Physics.Raycast(r3, 1000, 1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

API1的等价形式 :

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// 把第一个参数射线 换成 射线的起点和方向
Physics.Raycast(Vector3.zero, Vector3.forward, 1000, 
	1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

获取相交的单个物体信息

API2与API1的区别在于多了一个out hitInfo信息
API2:

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// 物体信息类 RaycastHit
RaycastHit hitInfo;
// 参数1：射线
// 参数2：RaycastHit是结构体（值类型）
// Unity会通过out关键词 在函数内部处理后得到碰撞数据后返回
// 参数3：检测的最大距离
// 参数4：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数5：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：bool (如果碰撞到对象 返回true，否则返回false)
if( Physics.Raycast(r3, out hitInfo, 1000, 1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"),
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal) )
{
	// hitInfo中有碰撞到的物体的信息
}

RaycastHit中的参数：
1. 碰撞器信息：hitInfo.collider
2. 碰撞到的点：hitInfo.point 作用：在此处创建特效
3. 法线信息：hitInfo.normal 作用：使美术表现更写实，比如贴弹痕
4. 位置信息：hitInfo.transform.position
5. 与碰撞到的对象的距离：hitInfo.distance 作用：处理距离远近对伤害的影响 / 子弹抛物线

API2的等价形式：

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Physics.Raycast(Vector3.zero, Vector3.forward, out hitInfo, 1000,
	1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"),
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal)

获取相交的多个物体信息

API3:
作用：可以得到碰撞到的多个对象，如果没有就是容量为0的数组。

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// 参数1：射线
// 参数2：检测的最大距离
// 参数3：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数4：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：数组（存储所有碰撞到的物体的信息）
RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(r3, 1000, 
	1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

API3的等价形式：

1
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3
RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll( Vector3.zero, Vector3.forward, 1000, 
	1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal );

注意： 存储信息的数组是一个栈

获取相交的物体数量

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// 参数1：射线
// 参数2：碰撞到的物体信息的数组
// 参数3：检测的最大距离
// 参数4：检测指定层级（不填检测所有层）
// 参数5：是否忽略触发器（不填使用UseGlobal）
// UseGlobal-使用全局设置 Collide-检测触发器 Ignore-忽略触发器
// 返回值：int（相交的物体数量）
Physics.RaycastNonAlloc(r3, hits, 1000, 1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), 
	QueryTriggerInteraction.UseGlobal);)