Unity Engine #5 物理

这篇笔记主要写一下关于碰撞检测和刚体（Rigidbody）组件的一些特性。

物理更新发生在什么时候

Unity 的物理不是在 Update 里跑的，而是在 FixedUpdate 里。两者的区别是：

Update 每渲染一帧调用一次，间隔随帧率浮动。
FixedUpdate 按固定时间步调用，默认 0.02 秒（50 Hz），与帧率无关。如果一帧耗时较长，同一帧内 FixedUpdate 可能被调用多次；如果一帧很快，也可能一次都不调用。

由此得出一条基本规则：所有对刚体施加的力和速度修改都应该写在 FixedUpdate 里。写在 Update 里，施力的次数会随帧率变化，游戏在不同机器上手感就不一样。

C#void FixedUpdate()
{
    rb.AddForce(direction * force, ForceMode.Force);
}

反过来，输入采集必须写在 Update 里。Input.GetKeyDown 只在一帧内为真，放进 FixedUpdate 会漏掉。常见写法是在 Update 里记录意图，在 FixedUpdate 里消费：

C#private bool jumpQueued;

void Update()
{
    if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space)) jumpQueued = true;
}

void FixedUpdate()
{
    if (jumpQueued)
    {
        rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
        jumpQueued = false;
    }
}

Time.fixedDeltaTime 可以调小来提高物理精度，但代价是线性的 CPU 开销。移动平台上通常反而会调大到 0.033（30 Hz）。

Rigidbody

挂上 Rigidbody，这个物体就交给物理引擎接管了。几个关键属性：

Mass（质量）。只影响碰撞中的动量交换，不影响下落速度——真空中羽毛和铁球一样快，Unity 也是这样。用质量去调"下落更快"是无效的，应该改 Gravity Scale（2D）或自己额外加力。

Drag / Angular Drag（阻尼）。每个物理步按 velocity *= (1 - drag * fixedDeltaTime) 衰减速度。它不是空气阻力的物理模型，只是一个手感旋钮。

Is Kinematic（运动学）。打开后物体不再受力和碰撞影响，但仍然会推动别的物体、仍然会触发碰撞回调。移动平台、被动画驱动的角色通常用这个。注意：运动学刚体应该用 rb.MovePosition() 移动，而不是直接改 transform.position——前者会在物理系统内插值，碰撞检测正确；后者是"瞬移"，很容易穿墙。

Interpolate（插值）。物理以 50 Hz 更新，渲染可能是 120 Hz，中间的帧刚体位置不变，看起来会顿。开启 Interpolate 让渲染在两个物理步之间插值，代价是画面落后一个物理步。玩家控制的角色一般开 Interpolate，其它物体关掉。

碰撞检测

离散与连续

默认的 Discrete 模式每个物理步只检查一次当前位置是否重叠。子弹这类高速物体在一步之内可能整个穿过墙，检查时两边都不重叠——这就是穿墙（tunneling）。

解决办法是把 Collision Detection 改成：

Continuous：对静态碰撞体做扫掠检测（sweep test），能挡住穿墙。
Continuous Dynamic：对其它同样是 Continuous 的动态刚体也做扫掠。
Continuous Speculative：基于推测接触，开销比前两者低，也支持旋转，是近年推荐的默认选项。

连续检测很贵，只给真正需要的少数物体开。另一条思路是干脆不用刚体，自己每帧做一次 Physics.Raycast 从上一位置射到当前位置——子弹通常这么做。

Collider 与 Trigger

碰撞回调触发的前提是：两个物体都有 Collider，且至少一个有非运动学 Rigidbody。两个都只有 Collider 而没有 Rigidbody，什么都不会发生——这是最常见的"回调不触发"原因。

勾选 Is Trigger 后，碰撞体不再产生物理响应，只报告重叠：

实体碰撞	触发器
`OnCollisionEnter`	`OnTriggerEnter`
`OnCollisionStay`	`OnTriggerStay`
`OnCollisionExit`	`OnTriggerExit`

OnCollisionEnter(Collision other) 的参数带有接触点、法线和冲量信息；OnTriggerEnter(Collider other) 只给你对方的碰撞体。需要知道"撞得多重"来播不同音效时，用前者的 collision.impulse。

碰撞体的形状

按开销从低到高：Sphere < Capsule < Box < 凸包 Mesh < 凹 Mesh（只能静态）。

Mesh Collider 默认是凹的，不能参与动态碰撞；勾上 Convex 才能挂刚体，但顶点数会被限制在 255 以内。实践中的原则是：永远优先用基本体拼出近似形状，Mesh Collider 只留给静态场景。一个角色用一个 Capsule 就够了，不需要每根手指都有碰撞体。

Layer Collision Matrix

Project Settings → Physics 里的这张矩阵决定了哪些层之间需要检测。它是最便宜的物理优化手段：把子弹层与拾取物层之间的勾去掉，物理引擎在宽阶段（broad phase）就不会再考虑这对组合。

在一个层数较多的项目里，默认的全勾状态意味着 O(n²) 的组合都要检查。花十分钟整理这张表，往往比优化任何一段脚本都有效。

一些实践经验

不要在 OnCollisionEnter 里做重活。 回调运行在物理步内，一次大量的实例化或 Destroy 会直接拉长这一步。把事件记下来，在 Update 或下一帧处理。
Physics.autoSimulation 可以关掉。 回合制或确定性玩法里，手动调 Physics.Simulate(step) 能让物理完全可复现。
Rigidbody.Sleep。静止的刚体会自动进入休眠，不再参与求解。如果你发现一个物体"推不动"，通常是它睡着了，需要 WakeUp() 或施加足够大的力。
缩放是陷阱。 非均匀缩放（scale 不是 x=y=z）会让 Sphere / Capsule Collider 的行为变得不可预期，Unity 会取某个分量近似。角色身上有非均匀缩放时，物理表现出问题优先查这里。

物理系统的大部分"玄学问题"，追到最后都是这四件事之一：更新时机错了（Update vs FixedUpdate）、检测模式不够（离散 vs 连续）、回调前提没满足（缺 Rigidbody），或者缩放不干净。