Unity 射线检测方法及其应用场景优化指南

许兵兵

已于 2024-06-16 17:15:18 修改

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文章标签： unity 游戏引擎

于 2024-06-16 17:14:27 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xuxian_sheng/article/details/139722629

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在 Unity 开发中，射线检测是一个非常重要的功能，广泛应用于碰撞检测、物理交互等场景。合理选择和使用射线检测方法，不仅可以提高检测的准确性，还能显著优化性能。

今天在学习中突然想到游戏中频繁的使用射线，GC 也会大量产生

如何进行优化呢？

射线检测方法概览

Physics.Raycast
Physics.RaycastAll
Physics.RaycastNonAlloc
Physics.SphereCast
Physics.SphereCastAll
Physics.SphereCastNonAlloc
Physics.CapsuleCast
Physics.CapsuleCastAll
Physics.CapsuleCastNonAlloc

性能优化建议

选择合适的方法：根据具体需求选择最合适的射线检测方法。如果只需要检测第一个相交物体，使用 Physics.Raycast 而不是 Physics.RaycastAll。
使用 NonAlloc 版本：在高频率调用的检测场景中，优先使用 NonAlloc 版本以减少垃圾回收和内存分配。
优化检测频率：尽量减少不必要的射线检测调用，优化逻辑使射线检测只在需要时调用。
使用 LayerMask：通过 LayerMask 过滤不必要的碰撞体，提高检测效率。
合理设计检测区域：避免过大范围的检测区域，合理设计检测区域以减少无效的检测

Tip: 主体是就是在频繁使用射线检测时候，使用避免GC的方法等等去实现减少GC

射线检测方法及其使用场景

1. Physics.Raycast

描述：检测从起点沿指定方向的射线是否与任何碰撞体相交。
使用场景：用于单一目标的检测，如射击、视线检测、点击物体等

if (Physics.Raycast(origin, direction, out RaycastHit hitInfo, maxDistance, layerMask))
{
    // 处理碰撞
}

2. Physics.RaycastAll

描述：检测从起点沿指定方向的射线与所有相交的碰撞体。
使用场景：需要检测射线路径上所有物体，如激光光束穿过多个目标。

RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(origin, direction, maxDistance, layerMask);
foreach (RaycastHit hit in hits)
{
    // 处理每个碰撞
}

3. Physics.RaycastNonAlloc

描述：检测从起点沿指定方向的射线与所有相交的碰撞体，结果存储在预先分配的数组中。

使用场景：频繁射线检测且希望避免垃圾回收的场景。

if (Physics.SphereCast(origin, radius, direction, out RaycastHit hitInfo, maxDistance, layerMask))
{
    // 处理碰撞
}

4. Physics.SphereCast

描述：在指定方向上发射一个球体，检测它是否与任何碰撞体相交。
使用场景：模拟具有体积的物体检测，如角色视野检测、环境扫描。

if (Physics.SphereCast(origin, radius, direction, out RaycastHit hitInfo, maxDistance, layerMask))
{
    // 处理碰撞
}

5. Physics.SphereCastAll

描述：在指定方向上发射一个球体，检测它与所有相交的碰撞体。
使用场景：需要检测球体路径上所有相交物体的情况。

RaycastHit[] hits = Physics.SphereCastAll(origin, radius, direction, maxDistance, layerMask);
foreach (RaycastHit hit in hits)
{
    // 处理每个碰撞
}

6. Physics.SphereCastNonAlloc

描述：在指定方向上发射一个球体，检测它与所有相交的碰撞体，结果存储在预先分配的数组中。
使用场景：频繁球体检测且希望避免垃圾回收的场景。

RaycastHit[] results = new RaycastHit[10];
int hitCount = Physics.SphereCastNonAlloc(origin, radius, direction, results, maxDistance, layerMask);
for (int i = 0; i < hitCount; i++)
{
    RaycastHit hit = results[i];
    // 处理每个碰撞
}

7. Physics.CapsuleCast

描述：在指定方向上发射一个胶囊体，检测它是否与任何碰撞体相交。
使用场景：检测具有高度和宽度的物体，如角色的碰撞检测、隧道穿越检测。

if (Physics.CapsuleCast(point1, point2, radius, direction, out RaycastHit hitInfo, maxDistance, layerMask))
{
    // 处理碰撞
}

8. Physics.CapsuleCastAll

描述：在指定方向上发射一个胶囊体，检测它与所有相交的碰撞体。
使用场景：需要检测胶囊体路径上所有相交物体的情况。

RaycastHit[] hits = Physics.CapsuleCastAll(point1, point2, radius, direction, maxDistance, layerMask);
foreach (RaycastHit hit in hits)
{
    // 处理每个碰撞
}

9. Physics.CapsuleCastNonAlloc

描述：在指定方向上发射一个胶囊体，检测它与所有相交的碰撞体，结果存储在预先分配的数组中。
使用场景：频繁胶囊体检测且希望避免垃圾回收的场景。

RaycastHit[] results = new RaycastHit[10];
int hitCount = Physics.CapsuleCastNonAlloc(point1, point2, radius, direction, results, maxDistance, layerMask);
for (int i = 0; i < hitCount; i++)
{
    RaycastHit hit = results[i];
    // 处理每个碰撞
}

3.将自定义射线检测写成接口的形式，可以使代码更加灵活和可扩展

using UnityEngine;

public interface IRaycastManager
{
    int Raycast(Vector3 origin, Vector3 direction, float maxDistance, LayerMask layerMask, out RaycastHit[] results);
}

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;

public class RaycastManager : MonoBehaviour, IRaycastManager
{
    private List<RaycastHit[]> raycastHitPools;
    private int poolSize = 10; // 池的大小
    private int maxResults = 10; // 每个数组可以存储的最大结果数

    void Start()
    {
        // 初始化对象池
        raycastHitPools = new List<RaycastHit[]>(poolSize);
        for (int i = 0; i < poolSize; i++)
        {
            raycastHitPools.Add(new RaycastHit[maxResults]);
        }
    }

    public int Raycast(Vector3 origin, Vector3 direction, float maxDistance, LayerMask layerMask, out RaycastHit[] results)
    {
        // 从对象池中获取一个预分配的数组
        results = GetRaycastHitArrayFromPool();
        
        // 使用 NonAlloc 方法进行射线检测
        int hitCount = Physics.RaycastNonAlloc(origin, direction, results, maxDistance, layerMask);
        
        // 返回检测到的碰撞体数量
        return hitCount;
    }

    private RaycastHit[] GetRaycastHitArrayFromPool()
    {
        // 简单实现：循环使用池中的数组
        RaycastHit[] resultArray = raycastHitPools[0];
        raycastHitPools.RemoveAt(0);
        raycastHitPools.Add(resultArray);
        return resultArray;
    }

    // 调试时绘制射线
    void OnDrawGizmos()
    {
        Gizmos.color = Color.red;
        Gizmos.DrawLine(transform.position, transform.position + transform.forward * 10);
    }
}

使用自定义射线检测接口

using UnityEngine;

public class TestRaycast : MonoBehaviour
{
    private IRaycastManager raycastManager;
    public LayerMask layerMask;
    public float maxDistance = 100f;

    void Start()
    {
        // 获取 RaycastManager 组件
        raycastManager = GetComponent<RaycastManager>();
    }

    void Update()
    {
        // 射线起点和方向
        Vector3 origin = transform.position;
        Vector3 direction = transform.forward;

        // 使用自定义射线检测方法
        int hitCount = raycastManager.Raycast(origin, direction, maxDistance, layerMask, out RaycastHit[] results);

        // 处理检测结果
        for (int i = 0; i < hitCount; i++)
        {
            RaycastHit hit = results[i];
            Debug.Log("Hit: " + hit.collider.name);
        }
    }
}