Unity实际上提供了两个物理系统：3D物理（基于PhysX）和2D物理（基于Box2D），它们是独立的

物理系统的核心职责

物理系统的基本原理

Unity的物理系统用于模拟真实世界中的力、运动、碰撞和约束，主要用于：

• 实现自然的移动（重力、摩擦、反弹）
• 实现碰撞检测和响应
• 创建可破坏环境、角色ragdoll、机械关节等系统 物理系统每个一段固定时间（FixedUpdate）执行一次物理模拟帧（Physics Step），并根据场景中所有Rigidbody、Collider、Joint计算它们的运动和相互作用

核心组件

Rigidbody / Rigidbody2D

• 使GameObject受物理规则控制（重力、力、加速度等）
• 你不能只加Collider而不用Rigidbody，否则不会触发物理反应
• 属性：
  • mass：质量
  • drag：空气阻力
  • angularDrag：旋转阻力
  • useGravity
  • isKinematic

rb.AddForce(Vector3.forward * 10);

Collider / Collider2D

• 物体的物理形状，用于碰撞检测

Physics Material / PhysicsMaterial2D

• 用于设置摩擦力、弹力等物理特性

Joint / Joint2D

• 连接两个Rigidbody，形成复杂的物理结构

物理系统的执行流程

1.FixedUpdate()：调用应用力、设置速度等（稳定的时间间隔）
2.物理模拟器处理 Rigidbody、Collider、Joint状态
3.碰撞检测
4.触发回调函数
5.渲染帧刷新（Update、LateUpdate）

碰撞检测和层过滤

Unity提供了碰撞层和遮罩机制来控制哪些物体会发生碰撞：

• Layer Collision Matrix: 可在Edit > Project Setting > Physics中设置
• Physics.Raycast()、Physics.OverlapSphere()等API可用于脚本检测

使用物理系统时的注意事项

• 不要用transform.position移动物体（绕过物理系统），应使用Rigidbody.MovePosition()或AddForce()
• 所有施加力的操作应在FixedUpdate()中完成
• 为每个具有Collider的对象添加Rigidbody，否则不会碰撞检测
• 控制器角色不见时使用物理控制，推荐使用CharacterController

碰撞机制（Collision）

PhysX下的碰撞系统

碰撞系统的三大核心组件

碰撞发生条件

触发碰撞事件的最小可行：Both Collider & at least one Rigidbody

碰撞回调函数

void OnCollisionEnter(Collision collision)     // 第一次接触
void OnCollisionStay(Collision collision)      // 持续接触
void OnCollisionExit(Collision collision)      // 分离时

void OnTriggerEnter(Collider other)            // 进入 Trigger 区域
void OnTriggerStay(Collider other)             // 停留在 Trigger 区域
void OnTriggerExit(Collider other)             // 离开 Trigger 区域

这些函数只有当GameObject上

• 含有Collider
• 至少一个对象含有Rigidbody时才会触发

碰撞信息

OnCollisionEnter(Collision collision)

• collision.gameObject:对方物体
• collision.contacts：碰撞点数组
• collision.relativeVelocity：相对速度
• collision.impulse：冲击力
• collision.collider：对方的 Collider OnTriggerEnter(Collider other)
• other.gameObject:触发进入的对象
• other.attachedRigidbody：对方的刚体

碰撞流程图

+--------------+         +--------------+
| 物体A        |         | 物体B        |
| Rigidbody A  |<------->| Rigidbody B  |
| Collider A   |   碰撞  | Collider B   |
+--------------+         +--------------+
         ↓
  Physics Engine 处理（反弹、摩擦、事件）
         ↓
调用 MonoBehaviour 回调函数（如 OnCollisionEnter）

碰撞和触发器函数的回调流程

Collision 和 Trigger的回调函数是由物理系统在FixedUpdate()周期中根据物体的运动和物理交互自动触发的

前提条件：发生回调的必要条件

碰撞回调

发生碰撞回调必须满足以下条件：

• 两个物体中至少有一个拥有Rigidbody
• 两个物体都必须有Collider
• 两个Collider都不能设置为isTrigger = true

触发器回调

触发器发生需满足：

• 至少有一个物体有Rigidbody
• 其中一个Collider设置为isTrigger = true
• 另一个对象可以是静态的，但必须有Collider

回调函数执行流程

1.FixedUpdate()执行
Unity的物理系统在此阶段检查所有Rigidbody的运动与交互

2.碰撞检测
Unity内部使用Broad Phase + Narrow Phase检查两个Collider是否发生接触

3.判定类型

• 如果任意一方isTrigger = true -> 触发器事件
• 否则 -> 碰撞事件

4.调用回调函数

内部调用机制

1. FixedUpdate() 周期开始
2. 物理世界更新 Rigidbody 的位置与速度
3. Broad Phase 找出可能接触的 Collider 对
4. Narrow Phase 精确计算接触点
5. 判断是否为 Trigger 还是 Collision
6. 封装成 C# 对象（Collision / Collider）
7. 找到相关脚本组件
8. 依次调用符合条件的 MonoBehaviour 回调函数

Unity利用内部的消息机制（如SendMessage）在检测到事件时对拥有相关函数的脚本组件发消息

注意

• 只有启用的GameObject和启用的MonoBehaviour脚本才会收到回调
• Unity使用反射查找函数名，因此必须命名准确
• 如果GameObject上挂载了多个组件，每个实现了相关回调的组件都会被调用

碰撞检测的性能

Unity的碰撞检测系统性能在于碰撞检测阶段（Collision Detection）的复杂度和参与物体的数量与类型

碰撞检测的两个阶段

Unity的碰撞检测使用了标准的两阶段检测机制：

影响性能的关键因素

1.碰撞体数量
数量越多，Broad Phase的计算复杂度越高（通常是O(n log n)甚至O(n^2)）

2.碰撞体类型

MeshCollider + Convex = 速度提升（但仍比原始体慢）

3.碰撞体是否为Trigger
isTrigger = true仍参与Broad Phase和部分 Narrow Phase，但不产生物理反应，性能提升有限

4.是否使用Rigidbody

• 静态Collider（无Rigidbody）：性能最好
• 动态Rigidbody：每帧更新位置，参与碰撞检测，性能开销更高
• Kinematic Rigidbody（使用Transform移动）：需要手动检测碰撞（效率更差）

5.碰撞检测模式
Rigidbody组件有三种检测模式：

性能优化建议

1.减少碰撞体数量

• 合并多个小Collider为一个大Collider
• 非必要的GameObject不加Collider
• 批量物体使用静态合批（Static Batching）

2.使用简单形状的Collider

• 优先使用Box/Sphere/Capsule
• 尽量避免MeshCollider，必要时使用Convex并限制顶点数

3.合理使用Rigidbody

• 静态物体不要加Rigidbody
• 使用Kinematic Rigidbody替代频繁创建销毁物体

4.合理设置Layer和Layer Collision Matrix

• 使用Physics -> Layer Collision Matrix关闭不必要的碰撞检测组合
• 精细划分物体层级，减少不必要检测

5.分区检测（空间分割）

• 利用网格划分，八叉树，四叉树，分区加载等算法减少碰撞检测范围（自定义或插件）

class Physics

Physics是Unity提供的物理系统的静态类，用于进行各种物理计算、查询和控制，例如：

• 发射射线
• 碰撞检测
• 控制刚体
• 设置物理世界参数（如重力）

API

Static Properties

Static Methods

Event

Delegates

UnityScripting Physics

射线

射线主要用检测场景中物体之间是否发生了“可视”或“空间”上的交互，比如：

• 玩家点击鼠标，判断点中了哪个物体
• AI视野检测玩家是否在它的视野范围
• 判断前方是否有障碍物
• 物理检测，如子弹是否击中目标

射线的核心类和方法

1.Physics.Raycast()
这是最常用的射线方法

bool hit = Physics.Raycast(origin, direction);

if (Physics.Raycast(origin, direction, out RaycastHit hitInfo, maxDistance))
    Debug.Log("Hit: "+ hitInfo.collider.name);

参数说明：

2.Physics.RaycastAll()
返回所有被命中的物体

RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(origin, direction);
foreach (var hit in hits) Debug.Log("Hit: " + hit.collider.name);

3.Physics.RaycastNonAlloc()
提高性能用，避免分配新内存（适合频繁调用情况）

RaycastHit[] results = new RaycastHit[10];
int count = Physics.RaycastNonAlloc(origin, direction, result);

常用辅助类

1.Ray
代表一条射线，由起点和方向组成

Ray ray = new Ray(origin, direction);

2.RaycastHit
当射线击中目标时，用来保存信息的结构体
常用属性：

• collider：命中的Collider
• point：命中的世界坐标
• normal：碰撞点的法线方向
• distance：距离起点的距离
• rigidbody：命中的刚体

示例：从摄像机发射射线 用于点击检测场景物体

Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
if (Physics.Raycast(ray, out RaycastHit hit)) Debug.Log("Clicked on: " + hit.collider.name);

常见用途

可视化调试射线

Debug.DrawRay(origin, direction * maxDistance, Color.red);

在Scene视图中可以看到射线轨迹，方便调试

注意事项

1.方向需归一化，否则射线长度不准确
2.触发器默认不检测，可设置参数QueryTriggerInteraction.Collide
3.性能考虑：

• 不要每帧生成GC（用RaycastNonAlloc）
• 控制射线长度，避免无谓检测 4.LayerMask使用：过滤不相关对象提升效率

int layerMask = LayerMake.GetMask("Enemy", "Obstacle");
Physics.Raycast(origin, direction, out hit, maxDistance, layerMask);