糍粑大叔的独游之旅-战斗！之弹道实现

转自：http://www.gameres.com/677540.html

今天谈谈一个有趣的内容——u3d实现子弹弹道。当然这个完整的说，也非常复杂，还是由浅入深，先说说最核心的原理。

　　一、定义

　　我将子弹分为至少两种：

　　1、实体型。即发射后，生成一个带刚体的gameobject，可以通过u3d的物理引擎实现碰撞检测。比如机关枪子弹、弹道等等。

　　2、射线型。即子弹的运动和碰撞不由刚体实现，弹道控制由代码实现，通过Physics2D下函数或自己计算物体检测。比如定向激光、AOE伤害。

　　本文分别讲两种的实现。

　　二、理解U3D的物理引擎

　　知其所以然，才能更好、更快的进行代码实现。这个章节从运用和现象入手，说明一些有关u3d物理引擎的“坑”

　　Collider和Rigidbody

　　如果完全不了解U3D的Collider（碰撞体）、Rigidbody（刚体）可以先找下相关的文章看下，网上很多很好的文章。

　　这里用自己的理解简单说下（针对2D）：

　　Collider描绘物体的碰撞形状，有Box、Cirlce等，是碰撞检测的基础，比如鼠标点击的碰撞判断，都是依赖于定义的Collider来知晓物体的“碰撞形状”

　　Rigidbody是给物体赋予一个接受物理规律的属性，比如给一个小球加上刚体，默认的小球就会收到重力加速度往下掉。

　　刚体必须有collider，不然就没有“形状”。

　　在u3d的2D物理效果的设计理念是：

　　不会动的物体，只设Collider，例如大地、树木；

　　会动的，需要有物理运动效果的，设置Collider和Rigidbody，Collider说明“外形”，Rigidbody说明物理属性，如质量、碰撞属性等。

　　注意这个理念，因为我首次使用2D物理到游戏中的时候，有很多地方很费解，不明白为什么要这么设计，如果理解这个理念了，很多东西就想明白了。

　　碰撞检测的相关参数

　　U3D的2D物理引擎，可以不用做任何编码实现刚体的运动碰撞效果。

　　但如果需要代码获取碰撞信息，相关的属性有：

　　Collider的Is Trigger，Rigidbody的Is Kinematic

　　至于其他刚体参数的作用，可以摆个场景逐个调整参数看看效果，就基本明白了。

　　因为我主要是想通过u3d的2D物理引擎获得的碰撞信息，而不关注碰撞后的物理效果，所以其他参数都可以不管或设置为0。

　　特别的，由于游戏是一个top-down视角的游戏，而u3d的2D物理引擎默认y轴是2D世界的上下方向，所以Gravity Scale要设置为0。

　　对应的相关的函数有：

　　OnTriggerEnter2D、OnTriggerExit2D、OnTriggerStay2D（Collider发生碰撞时被调用）

　　OnCollisionEnter2D、 OnCollisionExit2D、OnCollisionStay2D（Rigidbody发生碰撞时被调用）

　　下面将解释这些属性和函数的作用。

　　碰撞检测的推荐实现方式——Rigidbody的Collision

　　需要用u3d的2d物理引擎实现碰撞检测时，需要这么设置（假定检测A和B之间的碰撞）：

　　1、A和B都添加collider，不勾选Is Trigger

　　2、A或B至少一个添加rigidbody，不勾选IsKenematic

　　3、对A或B添加脚本，添加OnCollisionEnter2D、 OnCollisionExit2D或OnCollisionStay2D函数获取碰撞信息。

　　以本文的实体型子弹为例：

　　1、  对游戏单位和子弹都添加collider

　　2、  对子弹添加rigidbody

　　3、  对子弹添加OnCollisionEnter2D方法，编写造成伤害的逻辑代码，并销毁子弹对象。

　　关于Rigidbody的Is Kinematic的属性：勾选后，2D物理引擎对这个刚体不起作用，只能代码去实现物体的运动。同时，OnCollisionEnter2D也不会被触发。

　　另外一种碰撞检测的实现——Collider的Trigger

　　通过Collider的Is Trigger的，也能实现“碰撞检测”。

　　Collider的Is Trigger：顾名思义，这个属性说明是否触发，勾选后，则会有“碰撞时”OnTriggerEnter2D、OnTriggerExit2D, OnTriggerStay2D函数。

　　例如，检测A和B之间的碰撞：

　　1、  A和B都添加collider，A勾选Is Trigger，B不勾选

　　2、  A添加rigidbody

　　3、  对A脚本添加OnTriggerEnter2D

　　A和B的collider发生接触时，则A的OnTriggerEnter2D被调用。如果B的脚本也有OnTriggerEnter2D，也会被调用，尽管B没有勾选Is Trigger。

　　这种“碰撞检测”，依靠Collider的trigger机制，在Collider层面就可以完成，其原理应该和鼠标点击事件的触发类似。但有以下问题：

　　1、  这个触发机制的碰撞检测频率和Update一样，而上文中推荐方式（利用OnCollisionEnter2D）是和FixedUpdate一样，后者是专门是做刚体物理运算，其计算频率更好，碰撞检测更准确。如果使用OnTriggerEnter2D的方式，检测到碰撞发生时可能两个碰撞的物体已经相互嵌入很久了，如果其中一个物体运动速度过快，可能已经“穿”过去了

　　2、  OnCollisionEnter2D的参数提供的碰撞信息更丰富，而OnTriggerEnter2D只有一个碰撞对方collider的信息，得不到更精确的点。

　　3、  虽然碰撞是在Collider层面完成，感觉跟Rigidbody没有什么关系（1、2两点的想象也侧面印证了我这个想法），但A和B之间必须有一个是Rigidbody，不然碰撞事件触发不了。Physics2D中IsTouching等函数也有这样。

　　4、  设置Trigger后，所有的碰撞事件被Trigger拦截，OnCollisionEnter2D不会再被调用。

　　基于以上因素，这种碰撞检测，不能称之为有效的“碰撞检测”，在实际运用中要根据实际情况判断是否合适。

　　作为游戏物体和物体的碰撞检测，不推荐使用Collider的Trigger方式。

　　关于碰撞检测的总结

　　1、如果想使用物理引擎实现碰撞，包括Collider的Trigger，rigidbody的Collision，Physics 2D的IsTouching等方法，除了碰撞双方都有Collider，必须有1个有rigidbody。（此点让我无力吐槽）。

　　2、使用Collider的Trigger(勾选Is Trigger)，可以使用OnTriggerEnter2D、OnTriggerExit2D, OnTriggerStay2D监听碰撞，但没有碰撞物理效果，rigidbody的collision无法使用。Collider的Trigger不是在物理引擎层面上工作的，不管是碰撞检测的更新频率、是碰撞结果都不好，且它直接“阻止”了物理引擎的对物体的作用。

　　3、使用rigidbody的collision（不勾选Is Kinematic）,使用OnCollisionEnter2D、 OnCollisionExit2D、OnCollisionStay2D监听碰撞，物理引擎会影响刚体的运动，会有碰撞反弹的物理效果。最好在OnCollisionEnter2D只获取状态而不更新物体运动，因为物理引擎这是也在控制它的运动。

　　综上，u3d物理引擎的使用限制还是很多的，实现很多逻辑功能都有障碍。由于对于实体子弹的实现，子弹打击单位后，子弹自我销毁，和以上第3点正好满足，可以使用u3d的collision，而非实体子弹显然不能使用。

　　三、实体型子弹

　　如果认真阅读上面的分析且理解了原理，应该对u3d的2D碰撞（3D类似）的套路应该很清楚，实现实体子弹打击效果，仅仅是点点、配配的事。

　　现实方式为：

　　1、  对游戏单位和子弹都添加collider

　　2、  对子弹添加rigidbody

　　3、  对子弹添加OnCollisionEnter2D方法，编写造成伤害的逻辑代码，并销毁子弹对象。

　　关键代码：

1. void Update ()
2.     {
3.         if (Common.pause)
4.             return;
6.         m_Anim.OnUpdate (GetComponent<SpriteRenderer> ());
8.         float l = Time.deltaTime * m_Info.speed;
9.         transform.position += m_Direction * l;
10.         m_LeftDistance -= l;
11.         if (m_LeftDistance < 0 || m_DestroySelf)
12.         {
13.             FlyerManager.Free(gameObject);
14.         }
16.     }
19.     public virtual void OnCollisionEnter2D (Collision2D coll)
20.     {
21.         if (m_DestroySelf)
22.             return;
24.         TargetPick pick = TargetPick.From (coll);
25.         m_Info.AttackOn (pick,m_Direction, m_myUnit,hitEffectType);
26.         m_DestroySelf = true;
28.     }

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　　其中有很多类和函数已经封装，例如：

　　FlyerManager.Free()，内部实现了子弹的回收，便于再利用。

　　再如TargetPick和AttackOn，实现了拾取最合适的游戏单位和计算打击伤害的功能。

上文说明在弹道实现中，关于u3d的物理引擎的一些相关要点，并跟给了实体性子弹的关键实现代码。

　　本篇中，将继续说明射线型弹道的实现的。

　　四、射线型子弹

　　本章先讲子弹的碰撞逻辑实现，由于射线型子弹用u3d的sprite是绘制不出来的，所有需要特殊的技巧，绘制方法在下一章中说明。

　　使用Physic2D库，进行非自动碰撞检测

　　区别于实体子弹，在游戏中，我需要实现类似于激光射线、范围伤害（AOE）的攻击类型。

　　这种情况下，就不能依靠rigidbody来实现碰撞的检测，前文中又说了，u3d的物理引擎不支持两个collider的碰撞检测。

　　所以，没有办法“自动”做碰撞检测（这里所谓自动，就是去实现一个函数，然后等着u3d在碰撞发生时自动调用）

　　我依然使用u3d的2D物理库，在每一帧（每个Update）中，对目标collider进行检测。

　　例如，AOE伤害：

1. RaycastHit2D[] hits = Physics2D.CircleCastAll(transform.position, m_Info.aoeRadius, Vector2.zero,
2.      LayerManager.GetLayer(m_Faction).oppUnitMask );

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　　使用Physics2D的CircleCastAll、RaycastAll、BoxCastAll，对指定layer中的所有collider，做圆形、射线、长方形的碰撞检测。

　　即，这里不再用collider和collider，而是判断指定的圆形、射线、长方形，和哪些collider碰撞（Cast），包括相交和包含。

　　这些函数有一个All和非All的版本，返回所有检测到collider或者最近的collider。

　　返回值RaycastHit包含collider、point（碰撞点）、normal（碰撞法线）等，具体请参考u3d api，这里不再累述。

　　和上文说的Collider的碰撞检测一样，碰撞的代码实现放在Update里，可能出现“嵌入过多”或“穿过”的情况。

　　但由于，需求本身是针对非实体子弹的，其面积、范围比子弹大很多，所有没有太严重的影响。

　　（如果放在FixedUpdate会精确很多，但消耗太大）。

　　几种弹道类型的攻击逻辑实现

　　穿透激光

　　穿透激光，可以对射线上的单位造成伤害。

　　其攻击的实现代码：

1. IEnumerator _TakeAttack ()
2. {
3.         yield return new WaitForSeconds (RAY_TAKE_ATTACK); 
5.         Vector3 v = Utils.Up (transform);
6.         Vector3 worldCenter = transform.position + v * m_Info.attackDistance / 2;
7.         Vector2 size = new Vector2 (width, m_Info.attackDistance);
9.         RaycastHit2D[] hits = 
10.             Physics2D.BoxCastAll (worldCenter, size, 
11.                 Utils.DirToAngle(v), new Vector2 (0, 0),
12.                 Mathf.Infinity,LayerManager.GetLayer(m_Faction).oppUnitMask);  
14. 　　　　　　m_Filter.Clear();
15.                 　　　　　　for (int s = 0; s < hits.Length; ++s)
16.                 　　　　　　{
17.                         　　　　　　　　TargetPick pick = TargetPick.From (ref hits [s]);
18.                         　　　　　　　　pick.ToShield();
19.                         　　　　　　　　if( pick )
20.                                 　　　　　　　　　　if( m_Filter.Test(ref pick) )
21.                                 　　　　　　　　m_Info.AttackOn (pick, v, m_myUnit,hitEffectType,null);
22.                 　　　　　　}
23.         }

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　　注意，攻击使用StartCoroutine做一个延时，这是因为，为了动画效果更真实，在做激光的绘制时，有一个很快的激光射线变长的过程，所以攻击的实际效果要和增长时间配合。

　　代码里面有很多游戏逻辑相关的东西，不用太关注，关键是要获取到一个box的形状描述，需要知道Up，Center，Size。

　　这里把激光看成一个很长的box，长度是激光的最大攻击距离。

　　最后，由于有些单位有多个Collider，所有需要过滤一下（即m_Filter），原理很简单：

　　1、找hit或collider对应的单位（TargetPick.From）

　　2、检查单位在过滤器中是否已经存在。存在就不在处理，不存在就继续，并添加到过滤器中（m_Filter.test）

　　3、进行伤害的计算逻辑（m_Info.Attack）

　　定向激光（持续）

　　定向激光对指定的单位进行攻击。

　　定向激光不需要通过碰撞检测去“探测”激光与哪些collider相交的，因为定向激光是对已指定的单位进行持续攻击。

　　需要解决的问题，激光与单位的碰撞点到底在哪。根据这个碰撞点，绘制激光的形状。

　　其攻击的实现代码：

1. public bool _TakeAttack (out Vector3 point)
2.     {
3.         point = Vector3.zero;
4.         Vector3 v = Utils.Up (transform);
5.         // The colliders in the array are sorted in order of distance from the origin point
6.         RaycastHit2D[] hits = Physics2D.RaycastAll (transform.position, v, m_Info.attackDistance,
7.             LayerManager.GetLayer(m_Faction).oppUnitMask);
9.         // 是否有target的hit
10.         TargetPick pick = TargetPick.none;
11.         for (int s = 0; s < hits.Length; ++s)
12.         {
13.             pick = TargetPick.IsTarget (target, ref hits [s]);
14.             if (pick)
15.                 break;
16.         }
18.         if (pick)
19.         {
20.             point = pick.point;
21.             m_Info.AttackOn (pick, v, m_myUnit, Const.NONE_EFFECT, this);
22.             if (pick.unit && pick.unit.curHp <= 0)
23.                 return false;
25.             if (pick.part && pick.part.unit.curHp <= 0)
26.                 return false;
28.             return true;
29.         }
30.         return false;
31.     }

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　　攻击函数返回是否攻击到对象单位（target），并返回攻击点。和穿透激光的区别，使用RayCastAll目的只是找到要攻击的对象是否在其中，并确定碰撞点。

　　定向激光（单次攻击）

　　类似于图中的闪电效果。原理持续的定向激光基本一致，区别是单次攻击时播放闪电（或其他效果）动画。

　　同持续定向激光一样，在攻击过程中不停的用RayCast判断闪电是否“打”到了目标上，

　　如果没有需要立即中断攻击和攻击动画，否则攻击单位在出现突然转身的是否，闪电会随着攻击攻击单位移动，出现bug。

　　不再给出代码。

　　范围攻击

　　典型的是喷火器或者爆炸，在一定范围内所有单位收到伤害。

1. bool _TakeAttack ()
2.     {
3.         Vector3 dir = Utils.Up (transform);
5.         m_Filter.Clear ();
6.         RaycastHit2D[] hits = Physics2D.CircleCastAll (transform.position, m_Info.attackDistance, Vector2.zero,
7.                                   Mathf.Infinity, LayerManager.GetLayer(m_Faction).oppUnitMask);
8.         
9.         bool f = false;
10.         // 是否有target的hit
11.         for (int s = 0; s < hits.Length; ++s)
12.         {
13.             Vector3 v = Utils.V2toV3 (hits [s].point) - transform.position;
14.             if (Mathf.Abs (Vector3.Angle (dir, v)) < m_Info.attackArc / 2)
15.             {
16.                 f = true;
17.                 TargetPick pick = TargetPick.From (ref hits [s]);
18.                 // AOE CircleCastAll 可能选不到shield
19.                 pick.ToShield ();
20.                 if (pick)
21.                 if (m_Filter.Test (ref pick))
22.                     m_Info.AttackOn (pick, Vector3.zero, null, Const.NONE_EFFECT ,this);
23.             }
25.         }
27.         return f;
28.     }

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　　原理很简单，先找到圆形范围内的所有collider，再判断是否在喷火器的扇形角度内。

　　攻击、弹道这块内容游戏逻辑是游戏的一个重点，其实很难写一辆篇文章说清，其实我很想把从最下层的u3d的物理、绘制到最上层代码逻辑架构 全部说清楚，

　　但发现写一篇文博耗费的时间比我想象长，长到我写代码实现的一个功能的时间还没写一篇文章长。

　　所以，我考虑了下，不能指望所有的东西全部说清楚，最要还是讲原理，不同于网上大部分的教程讲的是最基础的内容，甚至是解释api，

　　而是建立读者有一定基础上，讲原理、讲结构，讲自认为的难点，有助于自己梳理游戏代码，也是对关键的技术点做一个备忘。

　　下篇预告：弹道的图形效果实现、攻击逻辑的结构和要点（比如本文中展示代码中定义的类的意义）