Unity学习-物体的碰撞检测：从基础到进阶的全面指南

在Unity游戏开发中，物体的碰撞检测是构建真实物理交互的核心技术。无论是角色与环境的互动、子弹击中目标，还是机关触发机制，都依赖精确的碰撞检测实现。本文将从基础概念入手，逐步深入物理引擎原理、组件配置、脚本编程及性能优化，为开发者提供一套完整的解决方案。

一、碰撞检测的基础概念与物理引擎原理

1.1 碰撞检测的核心作用

碰撞检测用于判断两个或多个游戏对象（GameObject）是否在空间中发生重叠或接触，其应用场景包括：

• 角色移动控制：防止角色穿过墙壁或地面
• 伤害判定：子弹击中敌人时触发伤害计算
• 物理模拟：刚体（Rigidbody）间的相互作用（如弹跳、摩擦）
• 触发事件：进入特定区域时激活机关或任务

1.2 Unity物理引擎的工作机制

Unity使用NVIDIA PhysX作为默认物理引擎，其处理流程分为两步：

1. 宽相位检测（Broadphase）：快速排除不可能碰撞的对象（如相距甚远的物体）
2. 窄相位检测（Narrowphase）：精确计算接触点、法线及穿透深度

开发者可通过调整Physics设置（Edit > Project Settings > Physics）优化全局参数，如：

• Default Contact Offset：控制碰撞检测的灵敏度
• Bounce Threshold：定义触发弹性碰撞的最小速度

二、碰撞器组件（Collider）的深度解析

2.1 碰撞器类型与选择依据

Unity提供多种碰撞器组件，适用于不同场景：
| 类型 | 适用对象 | 特点 |
|———|—————|———|
| Box Collider | 立方体、建筑 | 计算效率高，适合规则形状 |
| Sphere Collider | 球体、弹药 | 旋转不影响检测，但贴合度低 |
| Capsule Collider | 角色、圆柱体 | 结合球体与圆柱体的特性 |
| Mesh Collider | 复杂模型 | 可精确贴合网格，但性能开销大 |

建议：优先使用基础形状碰撞器，仅在必要时使用Mesh Collider，并通过Convex选项将其转换为凸多面体以提升性能。

2.2 复合碰撞器与层级管理

对于复杂对象（如带武器的角色），可通过子对象碰撞器组合实现精细检测：

// 示例：检测角色是否被武器击中
void OnCollisionEnter(Collision collision) {
    if (collision.gameObject.CompareTag("Weapon")) {
        TakeDamage(collision.relativeVelocity.magnitude);
    }
}

同时，利用Layer Collision Matrix（Physics设置中）控制不同层级对象的碰撞关系，避免不必要的检测。

三、脚本编程中的碰撞事件处理

3.1 核心碰撞回调方法

Unity提供三种事件回调，分别对应不同交互场景：
| 方法 | 触发条件 | 典型用途 |
|———|—————|—————|
| OnCollisionEnter | 首次接触时调用 | 计算冲击力、播放碰撞音效 |
| OnCollisionStay | 每帧持续接触时调用 | 实现摩擦力、滑动效果 |
| OnCollisionExit | 接触结束时调用 | 重置状态、触发离开事件 |

代码示例：

using UnityEngine;
public class DamageOnCollision : MonoBehaviour {
    public float damagePerImpact = 10f;
    private void OnCollisionEnter(Collision collision) {
        if (collision.gameObject.CompareTag("Enemy")) {
            EnemyHealth enemy = collision.gameObject.GetComponent<EnemyHealth>();
            if (enemy != null) {
                enemy.TakeDamage(damagePerImpact * collision.relativeVelocity.magnitude);
            }
        }
    }
}

3.2 触发器（Trigger）的特殊应用

通过勾选碰撞器的Is Trigger属性，可将其转为触发器，此时不会产生物理力，但会触发以下事件：

• OnTriggerEnter
• OnTriggerStay
• OnTriggerExit

典型场景：

• 区域检测（如进入安全区）
• 拾取物品（无需物理碰撞）
• 技能范围判定

// 示例：触发器内拾取道具
private void OnTriggerEnter(Collider other) {
    if (other.CompareTag("Player")) {
        CollectItem();
        gameObject.SetActive(false); // 拾取后隐藏
    }
}

四、性能优化与高级技巧

4.1 碰撞检测的性能瓶颈

高频碰撞检测可能导致性能下降，常见问题包括：

• 过多Mesh Collider：复杂网格碰撞计算成本高
• 小物体碰撞：如子弹等高速小物体易漏检
• 频繁事件调用：OnCollisionStay每帧触发可能造成卡顿

4.2 优化策略与实战技巧

1. 碰撞器简化：

   • 使用Convex选项优化Mesh Collider
   • 合并相邻碰撞器（如将角色身体分为3-4个基础形状）

2. 物理层过滤：

   // 在脚本中动态设置碰撞层
   gameObject.layer = LayerMask.NameToLayer("Projectile");
   Physics.IgnoreLayerCollision(LayerMask.NameToLayer("Projectile"), LayerMask.NameToLayer("Enemy"), false);

3. 射线检测（Raycast）替代方案：
   对于视线检测或预判碰撞，使用Physics.Raycast可减少计算量：

   if (Physics.Raycast(transform.position, transform.forward, out hit, 10f)) {
       if (hit.collider.CompareTag("Enemy")) {
           Debug.Log("发现敌人！距离：" + hit.distance);
       }
   }

4. 固定时间步长：
   在Time设置中启用Fixed Timestep（默认0.02秒），确保物理模拟的稳定性。

五、常见问题与解决方案

5.1 碰撞未触发的排查流程

1. 检查碰撞器是否启用且大小合适
2. 确认至少一个对象包含Rigidbody组件（2D物理需使用Rigidbody2D）
3. 验证标签（Tag）和层级（Layer）是否匹配
4. 检查物理材质（Physic Material）是否导致摩擦力过大

5.2 高速物体穿透问题

对于子弹等高速移动对象，可通过以下方法解决：

• 增大Rigidbody的Collision Detection模式为Continuous Dynamic
• 减小固定时间步长（但会增加CPU负载）
• 使用Physics.SphereCast替代直接碰撞检测

六、总结与学习路径建议

掌握Unity碰撞检测需经历三个阶段：

1. 基础应用：熟悉碰撞器类型、事件回调及简单脚本
2. 性能调优：学习物理层管理、射线检测及简化碰撞器
3. 高级技巧：实现自定义物理材质、插值平滑及网络同步碰撞

推荐学习资源：

• Unity官方文档：Collision Detection
• Brackeys教程：YouTube搜索”Unity Collision Detection Tutorial”
• 实战项目：尝试制作一款2D平台游戏或物理谜题游戏

通过系统学习与实践，开发者可高效实现从简单碰撞到复杂物理交互的所有需求，为游戏增添真实感与趣味性。