「Unity3D」(8)Rigidbody2D卡顿问题和重心旋转模拟

本文主要讨论，在Unity中使用物理引擎Physics2D的三个方面的内容：

• 如何让Rigidbody2D物理模拟看起来更加的顺滑。
• 介绍几个造成运动卡顿的原因和解决方法。
• 针对Rigidbody2D的重心旋转模拟。

让运动更加顺滑

最直接的方法，就是设置Rigidbody2D的Interpolate属性，面板属性提供了下拉选项，有None，Interpolate，Extrapolate。官方文档介绍的很清晰，这是物理模拟在Update过程中的运动插值计算，用来解决运动生涩(卡顿)的问题。

• None 不进行平滑插值。
• Interpolate 运动插值基于前几帧的位置。在一个相对平稳的运动环境里是有很好效果的。但如果是颠簸，崎岖的运动环境，前几帧的插值并不能很好的反应未来的趋势。
• Extrapolate 运动插值基于后几帧的预测位置。根据物理公式和地形预测，可以很好的估算出未来几帧的情况，但遇到突然的碰撞或外力影响，就无法得到很好的效果。

经过测试发现，如果Rigidbody2D的所有的父节点是固定不动的(没有手动控制)，Interpolate 和 Extrapolate 一样顺滑，并且要比None来的流畅。如果Rigidbody2D的父节点有运动(手动控制)，Interpolate会有明显的卡顿，Extrapolate 和 None 差不多，但是依然是不流畅的。

卡顿问题

抛开性能问题，我遇到的卡顿来自于两个原因。第一，就是上面所说的Rigidbody2D的父节点发生了运动，造成了物理运动有明显的生涩感。第二，就是手动设置了Rigidbody2D的transform属性，如Position，Rotation，Scale等。

其实，这两个问题是同一个原因，就是不要手动设置和Rigidbody2D相关的transform属性，包括父类链的所有节点。物理引擎会接管一切运动模拟，引擎会有自己的算法预测，手动设置会造成冲突。

经过测试发现，哪怕使用了Rigidbody2D的Constraints约束，Freeze Position 或 Freeze Rotation 之后，依然不能去手动设置锁住的属性，否则依旧会造成卡顿。

那如果遇到了必须要手动设置的需求，应该怎么办呢 ？ 这时候可以使用Rigidbody2D暴露的接口去控制。

Rigidbody2D.position
Rigidbody2D.rotation
Rigidbody2D.MovePosition
Rigidbody2D.MoveRotation

Rigidbody2D 暴露了两个属性和两个方法，用来设置position和rotation。经过测试发现，设置属性依然卡顿，但使用Move方法就消除了卡顿的现象。所以，手动改变Rigidbody2D的position和rotation使用其暴露的Move方法是最好的办法。

重心旋转

在使用Rigidbody2D的过程中，期望能够实现，因为重心在运动中产生自发旋转的效果，比如弓箭的飞行模拟。

开始使用了centerOfMass，强行把刚体的质心移动到物体边缘或外部，期望质心能够在重力作用下，形成旋转力，结果不尽人意，自由落体的时候作用很小，反而碰撞接触了产生了很大的效用。

后来，使用了Rigidbody2D的angularVelocity角速度设置，并且Freeze Rotation锁住了刚体本身的旋转模拟，让angularVelocity无干扰的发挥作用。其结果是可以工作，但是效果不够真实，angularVelocity并没有衰减而且是一个固定的速率，难道还需要每帧去模拟angularVelocity的变化，太过繁琐。

最终，使用了每帧去计算rotation的数值，并Freeze Rotation锁住旋转，得到了很好的效果。大概实现如下：

private void FixedUpdate()
{
    if (this.body2D.bodyType == RigidbodyType2D.Dynamic)
    {
        var deltaTime = Time.fixedDeltaTime * 0.5f * this.transform.localScale.x > 0 ? 1.0f : -1.0f;
        var v2        = this.body2D.velocity;
        // s = (v0 + v1) * t / 2
        this.body2D.MoveRotation(Mathf.Atan2(v2.y * deltaTime, v2.x * deltaTime) * Mathf.Rad2Deg);
    }
}

根据当前刚体的速度，计算一帧的xy方向的运动距离，通过Atan2来计算出旋转角度，在FixedUpdate中手动设置给刚体，当然要使用MoveRotation来得到流畅的旋转效果。

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「Extrapolate」