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了解Unity的物理引擎

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作者 Ned Hsu 9 分鐘閱讀

Unity的物理引擎是遊戲開發中一個重要的組件，它負責模擬現實世界中的物理行為，如重力、碰撞、摩擦力等。使用物理引擎可以讓遊戲中的物體根據物理法則自然地運動和互動，而不需要手動編寫複雜的物理計算。

1. 物理引擎的組件

Unity的物理引擎主要由幾個核心組件組成：

  • Rigidbody（剛體）：Rigidbody 是物理引擎中最重要的組件，賦予遊戲物體物理屬性。當一個物體有Rigidbody時，它就會受到重力影響，並且可以與其他物體發生碰撞和互動。

  • Collider（碰撞器）：Collider 定義了物體的物理形狀，物理引擎用它來檢測物體之間的碰撞。常見的碰撞器包括Box Collider、Sphere Collider、Capsule Collider和Mesh Collider。

  • Physic Material（物理材質）：Physic Material用來設定物體的摩擦力和彈性（反彈係數）。這些屬性決定了物體之間碰撞時的行為。

  • Joint（關節）：Joint用來將兩個或多個物體連接在一起，並限制它們之間的運動。常見的關節包括Hinge Joint（鉸鏈關節）、Spring Joint（彈簧關節）和Fixed Joint（固定關節）。

2. Rigidbody（剛體）

Rigidbody 的基本屬性：

  • Mass（質量）：物體的質量，決定了物體在力的作用下的加速度。質量越大，物體在相同力的作用下移動得越慢。
  • Drag（阻力）：物體運動時受到的空氣阻力，值越高，物體移動速度下降得越快。
  • Angular Drag（角阻力）：物體旋轉時受到的阻力，影響物體的旋轉速度。
  • Use Gravity（使用重力）：決定物體是否受到重力影響。
  • Is Kinematic（是否為運動學模式）：當設置為true時，Rigidbody不受物理引擎控制，通常用於需要由腳本控制物體運動的情況。

Rigidbody 的常用方法：

  • AddForce(Vector3 force)：向物體施加一個力，使其加速運動。
  • AddTorque(Vector3 torque)：向物體施加一個扭矩，使其旋轉。
  • MovePosition(Vector3 position)：在物理引擎控制下，移動物體到指定位置。
  • MoveRotation(Quaternion rotation)：在物理引擎控制下，旋轉物體到指定角度。

3. Collider（碰撞器）

常見的碰撞器類型：

  • Box Collider：一個立方體形狀的碰撞器，適合用於方形或矩形的物體。
  • Sphere Collider：一個球形碰撞器，適合用於圓形或球形的物體。
  • Capsule Collider：一個膠囊形狀的碰撞器，通常用於角色或柱狀物體。
  • Mesh Collider：依照物體的Mesh形狀生成的碰撞器，適合用於複雜形狀的物體。

碰撞檢測模式：

  • Discrete：默認的碰撞檢測模式，適合於速度較慢的物體。該模式下的碰撞檢測精度較低，容易發生“穿透”現象。
  • Continuous：適合於快速移動的物體，可以防止物體穿過其他物體。
  • Continuous Dynamic：專為快速移動的動態物體設計，適合精確度要求更高的場景。

4. Physic Material（物理材質）

Physic Material用於控制物體的摩擦力和彈性。

  • Friction（摩擦力）：
    • Dynamic Friction：物體運動時的摩擦力。
    • Static Friction：物體靜止時的摩擦力。
  • Bounciness（彈性）：物體碰撞後的反彈程度，值越高，反彈越強。
  • Friction Combine 和 Bounce Combine：這些屬性決定當兩個物體碰撞時，使用哪種摩擦力和彈性組合模式。

5. Joint（關節）

Joint用於將兩個或多個物體連接在一起，並控制它們之間的相對運動。

常見的Joint類型：

  • Hinge Joint（鉸鏈關節）：允許物體繞著單一軸旋轉，類似於門的鉸鏈。
  • Fixed Joint（固定關節）：將兩個物體固定在一起，不允許它們之間有任何相對運動。
  • Spring Joint（彈簧關節）：使用彈簧力來連接兩個物體，允許它們之間有一定的彈性運動。

6. 物理引擎的用法範例

以下是一個簡單的例子，展示如何使用Rigidbody和Collider來讓一個物體受到重力影響並與地面發生碰撞：

步驟：

  1. 創建一個立方體：
    • 在 Hierarchy 視圖中右鍵，選擇 3D Object > Cube，創建一個立方體作為遊戲物體。
    • 給這個立方體添加一個 Rigidbody 組件，使其受到物理引擎控制。
  2. 創建一個地面：
    • 同樣在 Hierarchy 視圖中右鍵，選擇 3D Object > Plane，創建一個平面作為地面。
    • 確保地面上只有 Collider 而沒有 Rigidbody，這樣地面將不會受到物理引擎的影響。
  3. 運行遊戲：
    • 點擊 Play 按鈕，觀察立方體在重力作用下落到地面並停止。

加入彈性材質：

  1. 創建Physic Material：
    • 在 Project 視圖中右鍵，選擇 Create > Physic Material，創建一個新的物理材質。
    • 調整 Bounciness 屬性為1，這樣物體將會有最大彈性。
  2. 應用Physic Material：
    • 將創建的物理材質拖到立方體的 Box Collider 上的 Material 欄位。
    • 再次運行遊戲，觀察立方體與地面碰撞後反彈的效果。

7. 最佳實踐

  • 合理使用Rigidbody：只對需要物理運動的物體添加Rigidbody，靜止的物體如地面、牆壁等通常只需Collider。
  • 優化碰撞檢測：對簡單的物體使用基本的Collider（如Box或Sphere），對複雜形狀的物體使用Mesh Collider可能會增加計算負擔。
  • 使用適當的物理材質：根據遊戲需求調整摩擦力和彈性，營造更真實的物理效果。

小結

Unity的物理引擎提供了強大的功能來模擬現實世界中的物理行為。通過了解Rigidbody、Collider、Physic Material、Joint等核心組件，以及它們的使用方法，開發者可以創建出更加真實和互動豐富的遊戲場景。掌握這些工具和技巧將使你能夠在Unity中打造出更加動態的遊戲體驗。

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本文章以 CC BY 4.0 授權