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[游戏开发]物理轨道模拟

素材来自:https://github.com/Matthew-J-Spencer/Trajectory-Line-Unity
在这里插入图片描述

做游戏的时候难免会遇到需要物理预测的需求
例如。要求显示炮弹发射轨迹,让玩家拥有更好的操作体验
编写代码过程中。我们可以自己写一套,也可以直接使用自带的场景模拟
自己写一套各有千秋,这里只说Unity自带的物理模拟
SceneManager除了用来加载场景,卸载场景,获取场景对象,还可以创建场景
在这里插入图片描述
创建时可以顺便指定创建对应的物理模拟

LocalPhysicsMode说明
None该场景不需要物理
Physics2D创建一个具有2D物理的场景
Physics3D创建一个具有3D物理的场景
    public PhysicsSimulation(LocalPhysicsMode mode, string sceneName = defaultSceneName)
    {
        scene = SceneManager.CreateScene(sceneName, new CreateSceneParameters(mode));

        if (mode == LocalPhysicsMode.Physics2D)
        {
            physicsScene = new PhysicsScene2D(scene);
        }
        else if (mode == LocalPhysicsMode.Physics3D)
        {
            physicsScene = new PhysicsScene3D(scene);
        }
    }

想要有一个真实的模拟,需要在模拟场景创建相同物理对象,物理模拟场景并不需要显示,可以把该场景内的对象的渲染关闭

    public GameObject Create(GameObject gameObject)
    {
        var go = GameObject.Instantiate(gameObject, gameObject.transform.position, gameObject.transform.rotation);
        foreach (var renderer in go.GetComponentsInChildren<Renderer>())
        {
            renderer.enabled = false;
        }
        SceneManager.MoveGameObjectToScene(go, scene);
        if(!gameObject.isStatic)
        {
            dict.Add(gameObject.transform, go.transform);
        }
        return go;
    }

并且还需要同步对象的位置,旋转,缩放。一般情况下同步这三个就够了。
但是如果你自己做了一些骚操作。如动态改变碰撞体大小什么的。就要额外同步碰撞体
onChanged就是为了应对你的骚操作的

    public void Changed(Transform transform)
    {
        if (!dict.ContainsKey(transform))
            return;
        var value = dict[transform];
        value.position = transform.position;
        value.rotation = transform.rotation;
        value.localScale = transform.localScale;
        onChanged?.Invoke(transform);
    }

场景内已经有所有需要碰撞的对象了。这个时候就可以开始模拟物理

    public void Simulate(Action<int> fixedUpdate, int maxPhysicsFrameIterations)
    {
        for (var i = 0; i < maxPhysicsFrameIterations; i++)
        {
            physicsScene.Simulate(Time.fixedDeltaTime);
            fixedUpdate?.Invoke(i);
        }
    }

工具类

public class PhysicsSimulation
{
    const string defaultSceneName = "PhysicsSimulation";
    public Action<Transform> onChanged;
    private Scene scene;
    private IPhysicsScene physicsScene;
    private readonly Dictionary<Transform, Transform> dict = new Dictionary<Transform, Transform>();

    public PhysicsSimulation(LocalPhysicsMode mode, string sceneName = defaultSceneName)
    {
        scene = SceneManager.CreateScene(sceneName, new CreateSceneParameters(mode));

        if (mode == LocalPhysicsMode.Physics2D)
        {
            physicsScene = new PhysicsScene2D(scene);
        }
        else if (mode == LocalPhysicsMode.Physics3D)
        {
            physicsScene = new PhysicsScene3D(scene);
        }
    }

    public void AddScene(GameObject gameObject)
    {
        SceneManager.MoveGameObjectToScene(gameObject, scene);
    }

    public void Changed(GameObject gameObject)
    {
        Changed(gameObject.transform);
    }

    public void Changed(Transform transform)
    {
        if (!dict.ContainsKey(transform))
            return;
        var value = dict[transform];
        value.position = transform.position;
        value.rotation = transform.rotation;
        value.localScale = transform.localScale;
        onChanged?.Invoke(transform);
    }
    public Transform Create(Transform transform)
    {
        return Create(transform.gameObject).transform;
    }
    public GameObject Create(GameObject gameObject)
    {
        var go = GameObject.Instantiate(gameObject, gameObject.transform.position, gameObject.transform.rotation);
        foreach (var renderer in go.GetComponentsInChildren<Renderer>())
        {
            renderer.enabled = false;
        }
        SceneManager.MoveGameObjectToScene(go, scene);
        if(!gameObject.isStatic)
        {
            dict.Add(gameObject.transform, go.transform);
        }
        return go;
    }

    public void Remove(Transform transform)
    {
        if (!dict.ContainsKey(transform))
            return;
        GameObject.Destroy(dict[transform]);
        dict.Remove(transform);
    }

    public void Simulate(Action<int> fixedUpdate, int maxPhysicsFrameIterations)
    {
        for (var i = 0; i < maxPhysicsFrameIterations; i++)
        {
            physicsScene.Simulate(Time.fixedDeltaTime);
            fixedUpdate?.Invoke(i);
        }
    }
}
interface IPhysicsScene
{
    void Simulate(float step);
}

class PhysicsScene3D : IPhysicsScene
{
    UnityEngine.PhysicsScene physicsScene;
    public PhysicsScene3D(Scene scene)
    {
        this.physicsScene = scene.GetPhysicsScene();
    }

    void IPhysicsScene.Simulate(float step)
    {
        physicsScene.Simulate(step);
    }
}

class PhysicsScene2D : IPhysicsScene
{
    UnityEngine.PhysicsScene2D physicsScene;
    public PhysicsScene2D(Scene scene)
    {
        this.physicsScene = scene.GetPhysicsScene2D();
    }

    void IPhysicsScene.Simulate(float step)
    {
        physicsScene.Simulate(step);
    }
}

demo

public class Projection : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private LineRenderer _line;
    [SerializeField] private int _maxPhysicsFrameIterations = 100;
    [SerializeField] private Transform _obstaclesParent;

    public PhysicsSimulation physicsSimulation;
    private void Start()
    {
        // 创建具有3D物理的场景
        physicsSimulation = new PhysicsSimulation(LocalPhysicsMode.Physics3D);
        // 把场景内对象添加到模拟场景
        foreach (Transform obj in _obstaclesParent)
        {
            physicsSimulation.Create(obj);
        }
    }

    // 同步非静态物体,实际使用中最好不要在update使用同步
    // 应该给每个物理对象一个修改回调,在回调中同步
    // 例如说。给游戏一个对象位置,旋转,缩放等修改的事件,在事件里面同步对象
    private void Update()
    {
        foreach (Transform obj in _obstaclesParent)
        {
            physicsSimulation.Changed(obj);
        }
    }

    public void SimulateTrajectory(Ball ballPrefab, Vector3 pos, Vector3 velocity)
    {
        // 创建需要模拟的子弹,并添加到模拟场景
        var ghostObj = Instantiate(ballPrefab, pos, Quaternion.identity);
        physicsSimulation.AddScene(ghostObj.gameObject);

        // 给子弹添加一个力,让它运动起来
        ghostObj.Init(velocity, true);

        _line.positionCount = _maxPhysicsFrameIterations;
        // 开始模拟 _maxPhysicsFrameIterations 帧
        physicsSimulation.Simulate(index =>
        {
            // 获得模拟帧结果后,根据需求完成一些操作
            _line.SetPosition(index, ghostObj.transform.position);
        }, _maxPhysicsFrameIterations);

        // 最后应该删除模拟对象
        Destroy(ghostObj.gameObject);
    }
}
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加:2021-10-04 13:08:06  更:2021-10-04 13:09:40 
 
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