1.4 基于Unity整合BEPUphysicsint物理引擎實(shí)戰(zhàn)

上一節(jié)我們?cè)敿?xì)的講解BEPUphysicsint 的物理事件蜻懦。此物理引擎會(huì)產(chǎn)生了碰撞事件與非碰撞事件，碰撞事件大家好理解吴旋，非碰撞事件例如: 物理Entity的update事件,Entity的activation/deactivation事件等。本節(jié)課來(lái)實(shí)戰(zhàn)如何編譯BEPUphysicsint源碼到自己的項(xiàng)目, 如何整合物理引擎與Unity圖形渲染厢破。本文分成4個(gè)部分:
對(duì)惹荣瑟，這里有一個(gè)游戲開(kāi)發(fā)交流小組，希望大家可以點(diǎn)擊進(jìn)來(lái)一起交流一下開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)呀

1: 源碼編譯, 將github上的源碼下載下來(lái)編譯到Unity項(xiàng)目;

2: 在Unity中初始化BEPUphysicsint的物理世界;

3: 編寫(xiě)PhyBoxEntity組件創(chuàng)建物理Entity并同步Unity圖像;

4: 使用Unity自帶碰撞器組件,來(lái)生成創(chuàng)建PhyBoxEntity;

創(chuàng)建項(xiàng)目,源碼編譯BEPUphysicsint

準(zhǔn)備源碼摩泪，我們從github上面下載下來(lái)BEPUphysicsint的源碼笆焰，下載地址為:

https://github.com/sam-vdp/bepuphysics1int

下載下來(lái)以后，解壓開(kāi)來(lái)代碼截圖,如圖1.4-1:

圖1.4-1 項(xiàng)目源碼目錄截圖

下載下來(lái)源碼后怎么用到Unity(百度也百度不到)见坑，我的方法是先分析文件夾嚷掠，搞清楚每個(gè)文件夾的大概的功能與作用,看下項(xiàng)目，打開(kāi)vs的工程BEPUphysics.sln看下源碼項(xiàng)目如何組織的鳄梅，如圖1.4-2:

圖1.4-2 工程目錄截圖

結(jié)合我們的文件夾叠国，我們大膽來(lái)猜測(cè)分析下代碼的作用未檩，哪些我們可能需要的戴尸，哪些要?jiǎng)h除的。分析時(shí)冤狡，我一般會(huì)先根據(jù)名字來(lái)猜測(cè)孙蒙，再核對(duì)一下里面的代碼。BEPUbenchmark/****BEPUfloatBenchmark,我先查找名字benchmark的意思,benchmark的英文有類(lèi)似單元測(cè)試悲雳，實(shí)例代碼的意思挎峦，所以這兩個(gè)文件夾下的代碼應(yīng)該是供我們整合到項(xiàng)目做的實(shí)例參考，可以閱讀里面的源碼合瓢，但是不用放Unity源碼編譯坦胶。進(jìn)一步核實(shí)一下里面的代碼驗(yàn)證一下自己的判斷顿苇，打開(kāi)入口文件Benchmark.cs,里面講解的就是如何setup物理世界等峭咒。如圖1.4-3所示:

圖1.4-3 示例代碼構(gòu)建物理世界

**BEPUik/ ****BEPUphysics: **ik與physics看上去就是物理引擎的核心代碼庫(kù)，打開(kāi)代碼大概驗(yàn)證一下纪岁，ik里面有IKJoint.cs相關(guān)代碼, physics里面有Entity, Space等代碼,所以這個(gè)應(yīng)該是核心代碼凑队，等會(huì)要放入U(xiǎn)nity項(xiàng)目工程。如圖1.4-4所示

圖1.4-4 物理引擎核心代碼

經(jīng)過(guò)類(lèi)似的分析名字與內(nèi)容幔翰，我們發(fā)現(xiàn)BEPUutilities(工具代碼)+ BEPUik+ BEPUphysics+ FixedMath.Net文件夾所對(duì)應(yīng)的代碼為引擎編譯所依賴(lài)的必須代碼, ConversionHelper這里是向量定點(diǎn)與浮點(diǎn)的轉(zhuǎn)換代碼漩氨，在Unity中可能用到或參考，可以考慮放項(xiàng)目中遗增。

接下來(lái)創(chuàng)建Unity項(xiàng)目來(lái)編譯源碼(參考unity 2020.3.33f1版本)叫惊。項(xiàng)目創(chuàng)建完成后分好文件夾，這里我分了3個(gè)一級(jí)目錄文件夾: AssetsPackage, Scenes, Scripts,Scripts又分為了3rd, Framework, 兩個(gè)文件夾,如圖1.4-5:

圖1.4-5 物理引擎核心代碼

其中3rd用來(lái)存放第三方的代碼贡定，我在里面又新建了一個(gè)BEPU的文件夾,拷貝我們分析的必須代碼到Unity項(xiàng)目赋访。

圖1.4-6 移植物理引擎源碼到項(xiàng)目

不出意外的話(huà)，大量的報(bào)錯(cuò),主要分成幾類(lèi), AssemblyInfo.cs 里面的代碼報(bào)錯(cuò)缓待，打開(kāi)這個(gè)代碼一看蚓耽，沒(méi)有什么用，直接連同里面的” Properties”一起刪除掉旋炒。又發(fā)現(xiàn)源碼文件夾里面”bin”與”obj”文件夾步悠，這個(gè)是源碼工程的編譯時(shí)生成的目錄，刪掉瘫镇。如圖1.4-7:

圖1.4-7 刪除原項(xiàng)目工程編譯文件夾

接著就是BoxBoxCollider.cs代碼報(bào)錯(cuò)鼎兽，打開(kāi)代碼一看，對(duì)比原版铣除，發(fā)現(xiàn)原版里面有個(gè)編譯的宏開(kāi)關(guān)ALLOWUNSAFE,原版本打開(kāi)了谚咬，Unity版本沒(méi)有，我們?cè)赨nity PlayerSetting里面加上這個(gè)宏尚粘，如圖1.4-8:

圖1.4-8 打開(kāi)編譯宏開(kāi)關(guān)

經(jīng)過(guò)這些操作择卦，代碼很神奇的就全部編譯過(guò)了。接下來(lái)往Unity里來(lái)構(gòu)建我們的物理世界了郎嫁。

在Unity中初始化BEPUphysicsint的物理世界

這個(gè)簡(jiǎn)單多了秉继，打開(kāi)BEPUphysicsint的benchmark代碼參考,copy過(guò)來(lái)就可以了。初始化的時(shí),主要做的事情有: 構(gòu)建物理世界, 配置物理世界重力泽铛，設(shè)置物理迭代的參數(shù)尚辑，關(guān)閉原來(lái)Unity自帶物理引擎, Update中迭代物理世界。這里是全局執(zhí)行一次盔腔，新建一個(gè)BEPUPhyMgr.cs的全局單例杠茬，用來(lái)做初始化月褥。代碼實(shí)現(xiàn)在Framework/BEPUWrapper文件夾下，直接上代碼:

public classBEPUPhyMgr : MonoBehaviour{
    public BEPUphysics.Space space;
    publicstatic BEPUPhyMgr Instance = null;
    publicvoidAwake() {
        if (BEPUPhyMgr.Instance != null) {
              return;
        }
        Physics.autoSimulation = false; // 關(guān)閉原來(lái)物理引擎迭代;
        // Physics.autoSyncTransforms = false; // 關(guān)閉射線檢測(cè)功能
        BEPUPhyMgr.Instance = this; // 初始化單例
        this.space = new BEPUphysics.Space(); // 創(chuàng)建物理世界
        this.space.ForceUpdater.gravity = new BEPUutilities.Vector3(0, -9.81m, 0); // 配置重力
        this.space.TimeStepSettings.TimeStepDuration = 1 / 60m; // 設(shè)置迭代時(shí)間間隔
    }

    public void Update() {
        this.space.Update(); // 模擬迭代物理世界
    }}

在Unity中創(chuàng)建一個(gè)GameApp空節(jié)點(diǎn)瓢喉，掛這個(gè)BEPUPhyMgr組件來(lái)做初始化(這里是測(cè)試,具體在項(xiàng)目框架中做初始化)吓坚。創(chuàng)建一個(gè)Cube與Plane, 刪除掉它原來(lái)的物理碰撞器。如圖1.4-9所示:

創(chuàng)建物理Entity并同步Unity圖像

構(gòu)建完物理世界后,我們就是要往物理世界里面放物理的Entity, 物理世界迭代計(jì)算Entity,然后再把Entity里面的位置灯荧，旋轉(zhuǎn)等信息同步到Unity的圖像節(jié)點(diǎn)的Transform中礁击，這樣物理的Entity就可以帶著圖像的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)了。這個(gè)需要我們開(kāi)發(fā)者來(lái)自己開(kāi)發(fā)逗载，同時(shí)Entity的類(lèi)型有很多哆窿，我們以Box Entity為例,主要做2件事情：

(1) 根據(jù)用戶(hù)給定的物體大小與物體是否可移動(dòng)，來(lái)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的物理Entity;

(2) 對(duì)于可移動(dòng)的物體厉斟，我們每次update同步Entity位置等到Unity Transform組件;

新建一個(gè)PhyBoxEntity.cs的組件到Framework/BEPUWrapper文件夾下挚躯。構(gòu)建物理Entity Box需要長(zhǎng)，寬擦秽，高码荔，我們也設(shè)定相關(guān)參數(shù),物體是否可以移動(dòng)，給一個(gè)bool給用戶(hù)選擇感挥。有時(shí)候我們要調(diào)整物理的中心(與標(biāo)準(zhǔn)Unity物理引擎類(lèi)似)缩搅，我們加個(gè)相當(dāng)于Unity節(jié)點(diǎn)的中心偏移:

public class PhyBoxEntity : MonoBehaviour{
    BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box box;

    public bool isStatic = false;

    private float width = 1;
    private float height = 1;
    private float length = 1;

    private float centerX = 0, centerY = 0, centerZ = 0;
 }

根據(jù)這些設(shè)定，我們來(lái)使用BEPUphysics來(lái)創(chuàng)建Box的Entity,其它的類(lèi)似触幼，并加入到物理世界硼瓣。

 if (isStatic) {
        this.box = new BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box(new BEPUutilities.Vector3(0, 0, 0), System.Convert.ToDecimal(this.width), 
        System.Convert.ToDecimal(this.height), System.Convert.ToDecimal(this.length));
    }
    else {
        this.box = new BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box(new BEPUutilities.Vector3(0, 0, 0), System.Convert.ToDecimal(this.width), 
        System.Convert.ToDecimal(this.height), System.Convert.ToDecimal(this.length), 1);
    }

    BEPUPhyMgr.Instance.space.Add(box);

接下來(lái)同步Unity的圖像節(jié)點(diǎn)的Transform到物理Entity,直接把物體Transform的位置同步設(shè)置到Entity里面。

Vector3 pos = this.transform.position;
this.box.position = new BEPUutilities.Vector3(System.Convert.ToDecimal(pos.x + this.centerX), System.Convert.ToDecimal(pos.y + this.centerY), 
System.Convert.ToDecimal(pos.z + this.centerZ));

最后對(duì)于移動(dòng)的物體,我們?cè)贚ateUpdate里面同步物理Entity位置到Unity Transform置谦。

public void LateUpdate() {

        if (this.isStatic) {
            return;
        }
       //  FixMath.NET.Fix64 g = 9.81m;
        // Debug.Log(g.ToString());

        BEPUutilities.Vector3 worldPos = this.box.position;
        // Debug.Log(worldPos.ToString());
        
        double x = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.X);
        double y = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.Y);
        double z = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.Z);

        
        this.transform.position = new Vector3((float)x - this.centerX, (float)y - this.centerY, (float)z - this.centerY);
    }

掛一個(gè)BoxPhyEntity組件到Cube節(jié)點(diǎn)堂鲤，你會(huì)神奇的發(fā)現(xiàn)Cube在物理引擎的迭代作用下掉下去了。

使用Unity自帶碰撞器組件,來(lái)生成創(chuàng)建PhyBoxEntity

這里還有一個(gè)問(wèn)題媒峡，就是物理Entity的大小設(shè)置無(wú)法像Unity自帶的物理引擎一樣瘟栖，可視化編輯，其實(shí)這個(gè)問(wèn)題很好解決谅阿，我們的策略是添加Unity對(duì)應(yīng)的物理碰撞器組件 (如: BoxCollider)半哟，利用Unity做好的功能特性來(lái)編輯物理Entity大小與中心，運(yùn)行的時(shí)候讀取數(shù)據(jù)即可奔穿。這里我做了一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化镜沽，代碼如下:

[RequireComponent(typeof(BoxCollider))]

添加PhyBoxEntity組件的時(shí)候敏晤，必要要添加BoxCollider組件贱田。

       BoxCollider boxPhy = this.GetComponent<BoxCollider>();
        this.width = boxPhy.size.x;
        this.height = boxPhy.size.y;
        this.length = boxPhy.size.z;

        this.centerX = boxPhy.center.x;
        this.centerY = boxPhy.center.y;
        this.centerZ = boxPhy.center.z;

初始化的時(shí)候，從碰撞器中讀取大小數(shù)據(jù),這樣就可以關(guān)聯(lián)到Unity自帶的形狀嘴脾。后續(xù)你開(kāi)發(fā)PhyBoxEntity, PhySphereEntity等都可以通過(guò)這樣的方式來(lái)整合男摧。同時(shí)這些Entity可以繼承一個(gè)基類(lèi)PhyBaseEntity, 來(lái)做些設(shè)計(jì)上的調(diào)整蔬墩。最后上下效果圖，我添加一個(gè)Cube與一個(gè)平面到物理世界耗拓，效果如下:

今天的分享就到這里了拇颅，關(guān)注我們，可以獲取Unity BEPUphysint3D實(shí)戰(zhàn)源碼乔询。