第五篇：物理模块解剖课 - 刚体/碰撞体/关节的隐秘特性

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第五篇：物理模块解剖课 - 刚体/碰撞体/关节的隐秘特性

为什么你的角色总在"鬼畜旋转"？

引言：物理模块的暗黑面

你是否遭遇过这些诡异现象？

角色倒地后像陀螺般疯狂自旋
看似对称的物体却总偏向一侧滚动
关节约束的物体莫名颤抖甚至解体

这些问题的根源，往往隐藏在物理模块的隐秘参数中。本文将揭开刚体、碰撞体、关节系统的层层面纱。

一、刚体系统：质量分布的陷阱

Rigidbody远不止是质量（Mass）的容器：

质心（Center of Mass）的阴谋
- 默认质心位于碰撞体几何中心，可能不符合视觉预期
- 手动修正方案：
```
// 通过空物体标记视觉质心
public Transform visualCenterOfMass;
void Start() {
    rb.centerOfMass = visualCenterOfMass.localPosition;
}
```
- 调试技巧：在Scene视图开启Rigidbody Info显示质心位置

惯性张量（Inertia Tensor）的魔力

物理意义：物体抵抗旋转的难易程度（各向异性）

经典案例：

// 让物体更容易绕Y轴旋转（如旋转门）
rb.inertiaTensor = new Vector3(2, 0.5f, 2);

自动化调整：

rb.ResetInertiaTensor(); // 根据碰撞体重算惯性张量

冻结约束的副作用

冻结旋转轴可能导致能量异常累积

正确做法：

// 优先使用物理约束而非完全冻结
rb.angularDrag = 5; // 增加旋转阻力

二、碰撞体系统：形状的性能博弈

不同Collider类型的性能差异可达10倍以上：

基础形状性能天梯

碰撞体类型 CPU开销适用场景
Sphere ★☆☆☆☆ 子弹/抛射物
Capsule ★★☆☆☆ 角色控制器
Box ★★★☆☆ 场景道具
Mesh ★★★★★ 静态复杂地形（慎用）
MeshCollider的救赎之路
- 凸包模式：勾选Convex后性能提升5倍
- 简化策略：
  - 使用Mesh Simplifier插件减少面数
  - 用多个简单Collider拼合复杂形状
- 致命误区：
```
// 错误：动态物体使用非凸MeshCollider
void Start() {
    gameObject.AddComponent<MeshCollider>(); // 未勾选Convex！
}
```

碰撞体类型	CPU开销	适用场景
Sphere	★☆☆☆☆	子弹/抛射物
Capsule	★★☆☆☆	角色控制器
Box	★★★☆☆	场景道具
Mesh	★★★★★	静态复杂地形（慎用）

三、关节系统：稳定的艺术

关节的抖动问题，90%源于参数误配：

关节类型选型指南

关节类型自由度典型应用场景
Hinge Joint 1 门/旋转陷阱
Fixed Joint 0 物体粘合
Spring Joint 6 悬挂系统/弹性连接
Configurable 6 自定义机械结构

关节类型	自由度	典型应用场景
Hinge Joint	1	门/旋转陷阱
Fixed Joint	0	物体粘合
Spring Joint	6	悬挂系统/弹性连接
Configurable	6	自定义机械结构

稳定性调参三要素

投影（Projection）：

joint.projectionMode = JointProjectionMode.PositionAndRotation;
joint.projectionDistance = 0.1f;

阻尼（Dampening）：

joint.angularYZDrive = new JointDrive {
    positionSpring = 100,
    positionDamper = 10, // 关键稳定参数
    maximumForce = 1000
};

容差（Tolerance）：

joint.breakForce = Mathf.Infinity; // 禁用自动断开

四、物理材质：被忽视的能量杀手

Physic Material的微妙设定可能毁掉整个物理系统：

摩擦模型解密

各向异性摩擦：

physicMaterial.frictionDirection2 = Vector2.right; // 设置优先方向
physicMaterial.dynamicFriction2 = 0.2f;

组合摩擦公式：

F_{friction} = \mu_{static} \cdot F_{normal} \quad (\text{静摩擦})  
F_{friction} = \mu_{dynamic} \cdot F_{normal} \quad (\text{动摩擦})

弹性陷阱

能量守恒误区：

physicMaterial.bounciness = 1; // 理想弹性碰撞（实际会因数值误差持续加速）

正确做法：

physicMaterial.bounciness = 0.8f;  
physicMaterial.bounceCombine = PhysicMaterialCombine.Minimum; // 取两者较小值

五、模块联调实战

通过复合案例融会贯通：

案例：失控的机甲战士

现象：
- 机甲四肢关节随机抖动
- 移动时整体旋转失控
诊断步骤：
1. 检查质心位置是否偏移
2. 确认所有动态物体未使用非凸MeshCollider
3. 调整关节的Projection和Dampening参数
4. 为足部添加物理材质降低摩擦

关键代码：

// 稳定腿部关节
foreach(var joint in legJoints) {
    joint.projectionMode = JointProjectionMode.PositionAndRotation;
    joint.projectionDistance = 0.05f;
    joint.angularDrive = new JointDrive {
        positionSpring = 200,
        positionDamper = 20 // 抑制抖动
    };
}