Unity 对象移动(物理-表面接触)

一、准备工作

1.创建项目

2.创建示例场景

a.创建3d ——Plane(地面)(0,0,0)和Sphere(游戏对象)(0,0.5,0),Sphere添加拖尾组件TrailRenderer
b.创建脚本 MovingSphere ——该脚本挂载到Sphere上并添加Rigidboy组件
c.Sphere的Layer==Agent;



二、需求如下

坚持着地,而不是从坡道上发射。
执行光线投射。
配置多个层及其交互。
导航楼梯。
利用陡峭的触点。

using UnityEngine;

public class MovingSphere : MonoBehaviour {

    [SerializeField, Range(0f, 100f)]
    float maxSpeed = 10f; // 最大移动速度

    [SerializeField, Range(0f, 100f)]
    float maxAcceleration = 10f, maxAirAcceleration = 1f; // 地面和空中的最大加速度

    [SerializeField, Range(0f, 10f)]
    float jumpHeight = 2f; // 跳跃高度

    [SerializeField, Range(0, 5)]
    int maxAirJumps = 0; // 最大空中跳跃次数

    [SerializeField, Range(0, 90)]
    float maxGroundAngle = 25f, maxStairsAngle = 50f; // 最大地面角度和楼梯角度

    [SerializeField, Range(0f, 100f)]
    float maxSnapSpeed = 100f; // 最大吸附速度

    [SerializeField, Min(0f)]
    float probeDistance = 1f; // 探测距离

    [SerializeField]
    LayerMask probeMask = -1, stairsMask = -1; // 探测掩码和楼梯掩码

    Rigidbody body; // 刚体组件

    Vector3 velocity, desiredVelocity; // 当前速度和目标速度

    bool desiredJump; // 是否请求跳跃

    Vector3 contactNormal, steepNormal; // 接触法线和陡坡法线

    int groundContactCount, steepContactCount; // 地面接触次数和陡坡接触次数

    bool OnGround => groundContactCount > 0; // 是否在地面上

    bool OnSteep => steepContactCount > 0; // 是否在陡坡上

    int jumpPhase; // 跳跃阶段

    float minGroundDotProduct, minStairsDotProduct; // 最小地面点积和最小楼梯点积

    int stepsSinceLastGrounded, stepsSinceLastJump; // 上次着地后的步数和上次跳跃后的步数

    void OnValidate () {
        // 计算最小地面点积和最小楼梯点积
        minGroundDotProduct = Mathf.Cos(maxGroundAngle * Mathf.Deg2Rad);
        minStairsDotProduct = Mathf.Cos(maxStairsAngle * Mathf.Deg2Rad);
    }

    void Awake () {
        // 获取刚体组件并验证参数
        body = GetComponent<Rigidbody>();
        OnValidate();
    }

    void Update () {
        // 获取玩家输入
        Vector2 playerInput;
        playerInput.x = Input.GetAxis("Horizontal");
        playerInput.y = Input.GetAxis("Vertical");
        playerInput = Vector2.ClampMagnitude(playerInput, 1f);

        // 计算目标速度
        desiredVelocity =
            new Vector3(playerInput.x, 0f, playerInput.y) * maxSpeed;

        // 检测跳跃输入
        desiredJump |= Input.GetButtonDown("Jump");
    }

    void FixedUpdate () {
        // 更新状态并调整速度
        UpdateState();
        AdjustVelocity();

        // 处理跳跃
        if (desiredJump) {
            desiredJump = false;
            Jump();
        }

        // 应用速度并清除状态
        body.velocity = velocity;
        ClearState();
    }

    void ClearState () {
        // 清除接触状态
        groundContactCount = steepContactCount = 0;
        contactNormal = steepNormal = Vector3.zero;
    }

    void UpdateState () {
        // 更新步数计数器
        stepsSinceLastGrounded += 1;
        stepsSinceLastJump += 1;
        velocity = body.velocity;
        // 如果在地面、吸附到地面或检测到陡坡接触,则重置步数计数器
        if (OnGround || SnapToGround() || CheckSteepContacts()) {
            stepsSinceLastGrounded = 0;
            if (stepsSinceLastJump > 1) {
                jumpPhase = 0;
            }
            if (groundContactCount > 1) {
                contactNormal.Normalize();
            }
        }
        else {
            contactNormal = Vector3.up;
        }
    }

    bool SnapToGround () {
        // 如果不符合吸附条件,则返回false
        if (stepsSinceLastGrounded > 1 || stepsSinceLastJump <= 2) {
            return false;
        }
        float speed = velocity.magnitude;
        if (speed > maxSnapSpeed) {
            return false;
        }
        // 发射射线检测地面
        if (!Physics.Raycast(
            body.position, Vector3.down, out RaycastHit hit,
            probeDistance, probeMask
        )) {
            return false;
        }
        if (hit.normal.y < GetMinDot(hit.collider.gameObject.layer)) {
            return false;
        }

        // 更新接触状态
        groundContactCount = 1;
        contactNormal = hit.normal;
        float dot = Vector3.Dot(velocity, hit.normal);
        if (dot > 0f) {
            velocity = (velocity - hit.normal * dot).normalized * speed;
        }
        return true;
    }

    bool CheckSteepContacts () {
        // 检测陡坡接触
        if (steepContactCount > 1) {
            steepNormal.Normalize();
            if (steepNormal.y >= minGroundDotProduct) {
                steepContactCount = 0;
                groundContactCount = 1;
                contactNormal = steepNormal;
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    void AdjustVelocity () {
        // 调整速度以适应接触平面
        Vector3 xAxis = ProjectOnContactPlane(Vector3.right).normalized;
        Vector3 zAxis = ProjectOnContactPlane(Vector3.forward).normalized;

        float currentX = Vector3.Dot(velocity, xAxis);
        float currentZ = Vector3.Dot(velocity, zAxis);

        float acceleration = OnGround ? maxAcceleration : maxAirAcceleration;
        float maxSpeedChange = acceleration * Time.deltaTime;

        float newX =
            Mathf.MoveTowards(currentX, desiredVelocity.x, maxSpeedChange);
        float newZ =
            Mathf.MoveTowards(currentZ, desiredVelocity.z, maxSpeedChange);

        velocity += xAxis * (newX - currentX) + zAxis * (newZ - currentZ);
    }

    void Jump () {
        // 处理跳跃逻辑
        Vector3 jumpDirection;
        if (OnGround) {
            jumpDirection = contactNormal;
        }
        else if (OnSteep) {
            jumpDirection = steepNormal;
            jumpPhase = 0;
        }
        else if (maxAirJumps > 0 && jumpPhase <= maxAirJumps) {
            if (jumpPhase == 0) {
                jumpPhase = 1;
            }
            jumpDirection = contactNormal;
        }
        else {
            return;
        }

        stepsSinceLastJump = 0;
        jumpPhase += 1;
        float jumpSpeed = Mathf.Sqrt(-2f * Physics.gravity.y * jumpHeight);
        jumpDirection = (jumpDirection + Vector3.up).normalized;
        float alignedSpeed = Vector3.Dot(velocity, jumpDirection);
        if (alignedSpeed > 0f) {
            jumpSpeed = Mathf.Max(jumpSpeed - alignedSpeed, 0f);
        }
        velocity += jumpDirection * jumpSpeed;
    }

    void OnCollisionEnter (Collision collision) {
        // 碰撞进入时评估碰撞
        EvaluateCollision(collision);
    }

    void OnCollisionStay (Collision collision) {
        // 碰撞持续时评估碰撞
        EvaluateCollision(collision);
    }

    void EvaluateCollision (Collision collision) {
        // 评估碰撞并更新接触状态
        float minDot = GetMinDot(collision.gameObject.layer);
        for (int i = 0; i < collision.contactCount; i++) {
            Vector3 normal = collision.GetContact(i).normal;
            if (normal.y >= minDot) {
                groundContactCount += 1;
                contactNormal += normal;
            }
            else if (normal.y > -0.01f) {
                steepContactCount += 1;
                steepNormal += normal;
            }
        }
    }

    Vector3 ProjectOnContactPlane (Vector3 vector) {
        // 将向量投影到接触平面上
        return vector - contactNormal * Vector3.Dot(vector, contactNormal);
    }

    float GetMinDot (int layer) {
        // 根据层级获取最小点积
        return (stairsMask & (1 << layer)) == 0 ?
            minGroundDotProduct : minStairsDotProduct;
    }
}
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