虛擬現(xiàn)實(shí)制作技術(shù)(Unity)教案項(xiàng)目十一 迷宮奪寶之物理引擎(一)

1、 章節(jié)標(biāo)題項(xiàng)目十迷宮奪寶之物理引擎（）課程類型理論+實(shí)踐授課班級(jí)數(shù)字媒體應(yīng)用技術(shù)專業(yè)第13周教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)主要了解物理引擎概述、剛體、碰撞體、觸發(fā)器。能力目標(biāo)1.了解物理引擎2掌握剛體、碰撞體、觸發(fā)器重點(diǎn)完成實(shí)踐任務(wù)3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)。難點(diǎn)掌握剛體、碰撞體、觸發(fā)器。教學(xué)方法任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例法教學(xué)手段采用：打“廠模具實(shí)地參觀掛圖現(xiàn)場(chǎng)演練V多媒體V上機(jī)訓(xùn)練VCAI聽力訓(xùn)練虛擬仿真其他教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)（分教學(xué)步驟列出內(nèi)容、時(shí)間安排、教學(xué)方法、訓(xùn)練項(xiàng)目、素材等）過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課程導(dǎo)入在Unity3D中，物理引擎是項(xiàng)目設(shè)計(jì)中最為重要的步驟，主要包含剛體、碰撞、物理材質(zhì)以及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等。物理引擎的作用是模

2、擬當(dāng)有外力作用到對(duì)象上時(shí)對(duì)象間的相互影響，比如賽車游戲中，駕駛員駕駛賽車和墻體發(fā)生碰撞，進(jìn)而出現(xiàn)被反彈的效果。通過(guò)物理引擎，實(shí)現(xiàn)這些物體之間相互影響的效果是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。觀看幻燈片思考討論新課一、剛體剛體：在物理學(xué)中，剛體是個(gè)理想模型。我們通常把在外力作用下，物體的形狀和大小（尺寸）保持不變，而且內(nèi)部各部分相對(duì)位置保持恒定（沒(méi)有形變），這種理想物理模型稱之為剛體。而在一個(gè)物理引擎中，剛體是非常重要的組件，通過(guò)剛體組件可以給物體添加一些常見(jiàn)的物理屬性，比如質(zhì)量、摩擦力、碰撞參數(shù)等等。透過(guò)這些屬性，我們可以模擬該物體在3D世界內(nèi)的一切虛擬行為。所以，當(dāng)物體添加了剛體組件后，它將感應(yīng)物理引擎中的一切物

3、理效果。Unity3D中的Rigidbody（剛體）可以為對(duì)象賦予物理屬性，使對(duì)象在物理系統(tǒng)的控制下接受推力與扭力，從而達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)效果。在項(xiàng)目制作過(guò)程中，只有為對(duì)象添加了剛體組件，才能使其受到重力影響。通過(guò)剛體組件可以給物體添加一些常見(jiàn)的物理屬性，如質(zhì)量、摩擦力、碰撞參數(shù)等。剛體添加方法如圖1所示，在Unity3D中創(chuàng)建并選擇一個(gè)對(duì)象，執(zhí)行菜單欄中的ComponentfPhysicsfRigidbody命令為對(duì)象添加剛體組件。圖2*山|*卩1r!i-,ErtM!._NvWkrfhinrlv圖1EHvni-aSi-剛體選項(xiàng)設(shè)置如圖2所示，對(duì)象一旦被賦予剛體屬性后，其Inspector屬

4、性面板會(huì)顯示相應(yīng)的屬性參數(shù)與功能選項(xiàng)，具體內(nèi)容如下圖所示。二、實(shí)踐任務(wù)：剛體測(cè)試任務(wù)構(gòu)思剛體使物體像現(xiàn)實(shí)方式一樣運(yùn)動(dòng)，任何物體想要受重力影響，都必須包含一個(gè)剛體組件。利用剛體類游戲組件，遵循萬(wàn)有定律，在重力作用下，物體會(huì)自由落下。剛體組件還會(huì)影響到物體發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的效果，使物體的運(yùn)動(dòng)遵循慣性定律，使其發(fā)生碰撞時(shí)在運(yùn)動(dòng)沖量作用下產(chǎn)生速度。本任務(wù)利用剛體測(cè)試重力效果以及碰撞后的交互效果。2任務(wù)設(shè)計(jì)本任務(wù)在Unity3D內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景，場(chǎng)景內(nèi)放有Cube和Plane,Plane用于充當(dāng)?shù)孛?Cube用于剛體重力測(cè)試,然后通過(guò)Ctrl+D鍵再?gòu)?fù)制出兩個(gè)Cube以測(cè)試剛體間相互碰撞的效果，效

5、果如圖3所示。圖3實(shí)施過(guò)程步驟1：新建項(xiàng)目，將場(chǎng)景命名為Rigidbody。步驟2：創(chuàng)建游戲?qū)ο蟆?zhí)行GameObject3DObjectPlane命令，此時(shí)在Scene視圖中出現(xiàn)了一個(gè)平面，調(diào)整坐標(biāo)位置（調(diào)整方法遵循左手定律）。在右側(cè)的Inspector面板Position中設(shè)置平面位置（0,0,-5），如下圖4所示。圖4步驟3：創(chuàng)建對(duì)象。在菜單欄中執(zhí)行GameObject3DObjectCube命令，在右側(cè)的Inspector面板Position中設(shè)置立方體的位置（0，5，0），按F2鍵可將其重新命名，如下圖5所示。圖5步驟4：美化場(chǎng)景。采用紋理貼圖的方法將地面和立方體都貼上紋理。首先，將

6、資源圖片拖放在項(xiàng)目的根目錄Assets下，然后分別選中立方體和平面,將對(duì)應(yīng)的資源圖片分別拖到立方體和平面上即可，效果如下圖6所示。圖6步驟5：為立方體添加剛體屬性。選中立方體，然后執(zhí)行菜單欄中的ComponentfPhysicsfRigidbody命令，當(dāng)右側(cè)的Inspector面板中出現(xiàn)了Rigidbody屬性面板時(shí)，即為立方體添加了剛體屬性，如下圖7所示。iMd-E-E1OrAgQArgul-diDidgUseGfavKyEsKinemiatieL1jl1CdlliEioniDefectiatfi:GnstrMrrfcs圖7步驟6：?jiǎn)螕鬚lay按鈕進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)置于半空中的立方體由于受到重

7、力作用做自由落體運(yùn)動(dòng)，掉落到平面上。步驟7：復(fù)制游戲?qū)ο?。在Hierarchy視圖中，選中Cubel后按Ctrl+D鍵復(fù)制立方體Cube2并將其擺放于場(chǎng)景中，在Inspector面板中設(shè)置新復(fù)制的立方體的位置屬性（0.4，0.5，0），按此方法再?gòu)?fù)制一個(gè)立方體Cube3斜放于Cube2上，設(shè)置Cube3的位置為（0,1.5，0）,如下圖8所示。圖8步驟8：執(zhí)行菜單欄的ComponentPhysicsRigidbody命令為每一個(gè)立方體添加剛體屬性（一般情況下，復(fù)制立方體時(shí)剛體屬性也復(fù)制過(guò)來(lái)）。步驟9：?jiǎn)螕鬚lay按鈕測(cè)試一下，發(fā)現(xiàn)最上方立方體進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，撞擊到地面，盒子發(fā)生倒塌，效果如下

8、面圖9所示。圖9步驟10：實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)拖拽立方體的效果。創(chuàng)建C#腳本文件，命名為rigidbody,輸入下列代碼：publicfloatspeed=10.0f;/鼠標(biāo)的拖拽，使得立方體沿著水平、垂直方向勻速移動(dòng)。voidOnMouseDrag（）/當(dāng)前位置中變換是二三維坐標(biāo)往右側(cè)*鼠標(biāo)x軸的勻速拖拽速度transform.position+=Vector3.right*Input.GetAxis（MouseX）*Time.deltaTime*speed;transform.position+=Vector3.up*InputGetAxis（Mouse（中間一定要有空格）Y）*Time.deltaT

9、ime*speed;步驟11：將腳本分別連接到3個(gè)立方體上。步驟12：?jiǎn)螕鬚lay按鈕測(cè)試，效果如下面圖10所示。圖10三、碰撞器在游戲制作過(guò)程中，游戲?qū)ο笠鶕?jù)游戲需要進(jìn)行物理屬性的交互。因此,Unity的物理組件為游戲開發(fā)者提供了碰撞體組件。碰撞體是物理組件的一類，它與剛體一起，促使碰撞的發(fā)生。他們是簡(jiǎn)單形狀，像方塊、球形或者膠囊形，在Unity中每當(dāng)一個(gè)GameObjects被創(chuàng)建，它會(huì)自動(dòng)分配一個(gè)合適的碰撞器。一個(gè)立方體會(huì)得到一個(gè)BoxCollider（立方體碰撞器），一個(gè)球體會(huì)得到一個(gè)SphereCollider（球體碰撞器），一個(gè)圓筒會(huì)得到一個(gè)CapsuleCollider（柱體碰

10、撞器）等。1.添加碰撞體在Unity3D的物理組件使用過(guò)程中，碰撞體需要與剛體一起添加到對(duì)象上才能觸發(fā)碰撞。值得注意的是，剛體一定要綁定在被碰撞的對(duì)象上才能產(chǎn)生碰撞效果，而碰撞體則不一定要綁定剛體。碰撞體的添加方法是：首先選中游戲?qū)ο?，?zhí)行菜單欄中的Component-Physics命令，此時(shí)可以為游戲?qū)ο筇砑硬煌愋偷呐鲎搀w，如下圖11所示。I3mperEWrrdowHfiipAddE7卜fur*b-卜RtfidbodfIDh-Oifirjctef匚ontjcllfr狗日品Mip曲.31過(guò)航AtdiokSpharie2詔鼾CapmieColtdef則卻hWHeHCrfdef卜TisnainC

11、.cdEder卜Ul卜OcAFiaedJoirispringksincJninlHirMJarrtClWjbEUftriplemiredCa-rtfiguriijle_fciEdjrdAnehW-iter(frpOnlyi-W-rtcri圖11BowColfiidfSphereCQlIrder匚aptule匚ollidei*MeshColliderWhulCelli-derterrainCollider圖12碰撞體選項(xiàng)設(shè)置Unity3D為開發(fā)者提供了多種類型的碰撞體資源，如下圖所示。當(dāng)游戲?qū)ο笾械腞igidbody碰撞體組件被添加后，其屬性面板中會(huì)顯示相應(yīng)的屬性設(shè)置選項(xiàng)，每種碰撞體的資源類型稍

12、有不同，具體如上圖12所示。BoxColliderBoxCollider是最基本的碰撞體，BoxCollider是一個(gè)立方體外形的基本碰撞體。下圖所示是BoxCollider，游戲?qū)ο笠坏┨砑恿薆oxCollider屬性，則在Inspector面板中就會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的BoxCollider屬性參數(shù)設(shè)置，具體參數(shù)如下圖13所示。TiljjlWBomCiollidcr季r|EditCollderTriggerMaterialNone(PhysicMaterial)0CentmXliY02HSizeX1YL21圖13如果IsTrigger選項(xiàng)被勾選，該對(duì)象一旦發(fā)生碰撞動(dòng)作，則會(huì)產(chǎn)生3個(gè)碰撞信息并發(fā)送給腳

13、本參數(shù)，分別是OnTriggerEnter、OnTriggerExit、OnTriggerStay。PhysicsMaterial定義了物理材質(zhì)，包括冰、金屬、塑料、木頭等。SphereColliderSphereCollider是球體形狀的碰撞體，如下圖14所示。YSphereCollider阿養(yǎng)、|ft|EditColliderIsTriggerMaterialNonePhysicMaterial)oterY02-jR.fldius0.5圖14SphereCollider是一個(gè)基于球體的基本碰撞體，當(dāng)對(duì)象的物理形狀是球體時(shí),則使用球體碰撞體，如落石、乒乓球等游戲?qū)ο?。CapsuleColl

14、iderCapsuleCollider由一個(gè)圓柱體盒兩個(gè)半球組合而成，CapsuleCollider的半徑和高度都可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，可用在角色控制器或與其他不規(guī)則形狀的碰撞結(jié)合來(lái)使用。通常添加至Character或NPC等對(duì)象的碰撞屬性，如下圖15所示。THCapsLillcCollider呵4囚EditCallidar圖15MeshColliderMeshCollider(網(wǎng)格碰撞體)根據(jù)Mesh形狀產(chǎn)生碰撞體，比起B(yǎng)oxCollider、SphereCollider和CapsuleCollider，MeshCollider更加精確，但會(huì)占用更多的系統(tǒng)資源。專門用于復(fù)雜網(wǎng)格所生成的模型，如下圖1

15、6所示。r|ilfMeshCollider阿|橋ConvexIsTriggerMaterialNone(PhysicMaterial)0MeshCube0圖165）WheelColliderWheelCollider（車輪碰撞體）是一種針對(duì)地面車輛的特殊碰撞體，自帶碰撞偵測(cè)、輪胎物理現(xiàn)象和輪胎模型，專門用于處理輪胎，如下圖17所示，具體參數(shù)如下表所示。Tyr7wheielColhider回條MassZDRadiu-s0.5WhaelDampingSus-pen-si口門DisLance-D.3FofceAppPointDistDCenttrX口口ZDSuspen-sianSpringpiing

16、35Q口3Dampr4500TargetFasrtianD.5ForwardFiietionExtremumSlipD.4-ExtremumVai1Asymptote-SlipD.8AsymptoteV*lue0-55tiffne5-51Sideway-sFrictionExtremumSlipD.ZExtremumValue1AsymptoteSlip0-5ftBymptcteValueQJ55trffri*&G-g1圖17四、觸發(fā)器在Unity3D中，檢測(cè)碰撞發(fā)生的方式有兩種，一種是利用碰撞體，另一種則是利用觸發(fā)器（Trigger）。觸發(fā)器用來(lái)觸發(fā)事件。在很多游戲引擎或工具中都有觸發(fā)器。例

17、如在角色扮演游戲里，玩家走到一個(gè)地方會(huì)發(fā)生出現(xiàn)Boss的事件，這個(gè)就可以用觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)綁定了碰撞體的對(duì)象進(jìn)入觸發(fā)器區(qū)域時(shí)，會(huì)運(yùn)行觸發(fā)器對(duì)象上的OnTriggerEnter函數(shù)，同時(shí)需要在檢視面板中的碰撞體組件中勾選IsTrigger復(fù)選框，如下圖18所示。IBdhCollider呵鶴樸|EditCollderisTrigger-回MaterialNone(PhysicMaterial)OCenterX0Y0Z0SizeX1丫1z1圖18Unity3D中的碰撞體和觸發(fā)器的區(qū)別在于：碰撞體是觸發(fā)器的載體，而觸發(fā)器只是碰撞體的一個(gè)屬性。五、實(shí)踐任務(wù)：碰撞消失的立方體1.任務(wù)構(gòu)思碰撞體需要和剛體一

18、起來(lái)使碰撞發(fā)生，如果兩個(gè)剛體撞在一起，物理引擎不會(huì)計(jì)算碰撞，除非他們包含一個(gè)碰撞體組件。沒(méi)有碰撞體的剛體會(huì)在物理模擬中相互穿透。本任務(wù)通過(guò)立方體碰撞后產(chǎn)生消失的動(dòng)作確認(rèn)碰撞的發(fā)生。2任務(wù)設(shè)計(jì)本任務(wù)在Unity3D內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景，場(chǎng)景內(nèi)放有Cube和Plane,Plane用于充當(dāng)?shù)孛?，Cube用于做碰撞測(cè)試，以第一人稱進(jìn)入場(chǎng)景，與Cube距離足夠近時(shí)發(fā)生碰撞，Cube消失。實(shí)施過(guò)程步驟1：在場(chǎng)景中創(chuàng)建一個(gè)平面（0,0，0）和一個(gè)立方體（0,1，0）,使立方體置于平面上方，如下圖19所示。步驟2：執(zhí)行AssetsImportPackageCustomerPackage命令添加第一人稱資源，如下圖20所示。圖19jrtTirJ-口PMjiKt圖20EmAHLpadtrr步驟3：選中第一人稱資源后單擊Import