UPL7-4——物理系统基础设置

物理系统基础设置

我们可以在 Project Settings 中对物理系统进行一些基础设置，
这些设置看起来只是和物理系统相关，但是实际上其中有很多的参数都会实实在在的影响我们的性能，
因此，了解这些基础设置，对于我们优化性能也有一定的帮助！

解算器

解算器（Solver）在 Unity 物理系统里其实是指物理系统里负责解方程的模块，就是 Unity 物理中用来处理碰撞，关节约束的方程求解器
它决定物体在发生接触后该怎么调整位置和速度，迭代次数越多越稳定，代价是 CPU 的消耗也更高（迭代指的就是解算器的计算次数）

在物理模拟中，碰撞检测只是发现物体 A 和物体 B 重叠或接触，检测到重叠或者接触后，接下来要处理两个问题：

它们要分开多少
它们的速度，角速度要怎么调整？

这就涉及到一系列约束条件：

碰撞不允许重叠，需要位置约束
摩擦，弹性系数要生效，需要速度约束
关节要维持结构，需要关节约束

这些约束本质上会形成一组线性方程和不等式，解算器就是负责解这些方程，求出新的位置与速度

举例：解算器在 Unity 内的作用

输入信息：

碰撞检测生成的接触点
所有关节约束
Rigidbody 的质量，惯性，速度，力

等等

过程：按一定的算法迭代求解（近似解，不是数学上的精确解），每迭代一次，位置和速度就更接近符合物理规律的状态

输出：更新后的 Rigidbody 的位置，选择，速度，角速度

3D 物理系统设置

Shared（共享）页签

Gravity 重力

使用 x、y 和 z 轴来设置应用于所有刚体组件的重力大小。
对于现实的重力设置，请对 y 轴应用负数。重力以每秒平方世界单位定义。

注意：如果您增加重力，您可能还需要增加 Default Solver Iterations（默认解算器迭代次数） 值以保持稳定的接触。
Layer Collision Matrix 碰撞层矩阵

定义基于层的碰撞检测系统如何运行。要选择碰撞矩阵上哪些层与其他层交互，请选中它们各自的复选框。

关于碰撞层矩阵，详见：UPL7-3——碰撞层矩阵

Game Object 页签

基础参数
- Default Material（默认物理材质）
  
  设置默认的物理材质，如果 Collider 没有指定材质，就会用这个。
  物理材质决定摩擦系数、弹性等
- Bounce Threshold（反弹阈值）
  
  小于这个相对速度的碰撞不会触发弹性反弹（会被当作静止接触处理），避免低速抖动
- Default Max Depenetration Velocity（默认最大脱离速度）
  
  当物体重叠时，物理引擎会把它们推出去。这个值限制推出的最大速度，防止过快弹飞。
- Sleep Threshold（休眠阈值）
  
  刚体速度（线性 + 角速度）低于这个阈值时，进入“休眠”以减少计算
- Default Contact Offset（默认接触偏移量）
  
  碰撞体周围的额外“皮肤”厚度。值越大，越早检测到接触（避免高速漏检），但过大会导致不必要的碰撞。
解算器相关
- Default Solver Iterations（默认解算器迭代次数）
  
  每次物理步长里，解算器迭代的次数（影响位置/旋转的精度和稳定性）越高越稳定但更耗 CPU
- Default Solver Velocity Iterations（默认解算器速度迭代次数）
  
  专门用于解算速度的迭代次数，主要影响摩擦、反弹的稳定性
碰撞检测配置
- Queries Hit Backfaces（是否查询射线命中背面）
  
  射线 Raycast 是否检测 MeshCollider 的背面，关掉通常更高效
- Queries Hit Triggers（是否查询射线命中触发器）
  
  射线 Raycast 是否检测触发器（isTrigger 的 Collider）
- Enable Adaptive Force（是否启用自适应力稳定堆叠物体）：通常保持关闭
  
  动态调节接触力来稳定堆叠物体，通常保持关闭
模拟模式，同步转换，碰撞回调相关
- Simulation Mode（模拟模式）
  
  Unity 物理引擎每一帧都需要推进物理世界一次
  （即调用 Physics.Simulate(deltaTime)）
  Simulation Mode 就是控制这个物理步进由谁来执行
  - Fixed Update：物理模拟会在 Unity 的 FixedUpdate 循环中自动执行
    
    通过 Time > Fixed Timestep 控制
    独立于渲染帧率，即使渲染卡顿，物理也会按固定步长“补模拟”
    - 优点：稳定、一致，最适合大多数游戏。
    - 缺点：可能在掉帧时出现多次物理步进，造成 CPU 峰值。
  - Update：物理模拟直接在每帧的 Update 里执行（不常用）
    
    跟随渲染帧率 → 60FPS 就模拟 60 次，30FPS 就模拟 30 次
    - 优点：更流畅（物理和画面完全同步），适合对物理依赖很轻的项目（比如休闲游戏）。
    - 缺点：帧率不稳定时，物理表现也会抖动，可能在主机、移动端不理想，
  - Script：在代码里手动调用 Physics.Simulate(deltaTime)，自己更新
    
    你完全控制物理何时更新（甚至可以一帧模拟多次，或隔几帧才模拟一次
    一般用于特殊需求，比如：
    1. 自己写物理
    2. 多场景物理不同步
    3. 回放系统，需要按精确的时间轴重现物理
    优缺点：
    - 优点：可控性强
    - 缺点：管理复杂度高，容易出错
- Auto Sync Transforms（是否自动同步转换）
  
  如果打开，每次修改 Transform 都会自动同步到物理引擎。
  性能代价很高，推荐关闭，用 Rigidbody.MovePosition 或 MoveRotation 控制移动
- Reuse Collision Callbacks（是否复用碰撞回调）
  
  是否复用 Collision 对象，减少 GC 时推荐开启
- Invoke Collision Callbacks（是否调用碰撞回调函数）
  
  是否触发碰撞回调（OnCollisionEnter/Stay/Exit）
  如果关掉，回调不会触发（但物理仍然计算）
接触对和广义检测
- Contact Pairs Mode（接触对配对模式）
  
  控制物理接触对的生成模式
  
  当两个 Collider 的 AABB 在 Broadphase 阶段重叠时，PhysX 会把它们作为一个候选对送到 Narrowphase 精检测，如果 Narrowphase 确认它们真的发生接触，就会生成一个 Contact Pair，其中包含：
  1. 哪两个 Collider 接触了
  2. 接触点的位置、法线、穿透深度
  3. 是否是触发器对
  4. 是否涉及连续碰撞检测
  这些 Contact Pair 决定碰撞解算和物理碰撞回调事件 (OnCollisionXXX / OnTriggerXXX) 的触发
  - Default Contact Pairs（默认接触对）
    
    只生成必要的接触对
  - Enable Kinematic Kinematic Pairs（启用运动学接触对）
    
    默认情况，Kinematic vs Kinematic 不会生成接触对，因为它们都不受力，不需要解算
    打开后，Kinematic vs Kinematic 之间也会生成 Contact Pair
    你想检测两个运动学物体的触发事件，可以开启
    但是会增加 Broadphase / Narrowphase 处理的对数，性能消耗上升
  - Enable Kinematic Static Pairs（启用运动学静态接触对）
    
    默认情况，Kinematic vs Static 不会生成接触对
    打开后，Kinematic vs Static 之间会生成 Contact Pair
    需要知道运动学物体（如移动平台）是否“接触到”静态场景几何，可以开启
    但是同样会增加 Pair 数量，性能开销更大
  - Enable All Contact Pairs（生成所有可能的接触对）
    
    包含触发器、连续碰撞检测、运动学刚体等等
    通常只在调试、诊断问题时用，性能消耗最高
- Broadphase Type（广义检测类型）
  
  决定广义检测的算法
  - Sweep And Prune（SAP）：默认，基于轴排序，高效。
  - Automatic Box Pruning（自动框裁剪）：适合超大场景，Unity 内部实验功能
摩擦和精度
- Friction Type（摩擦类型）
  
  碰撞摩擦的计算方式
  - Patch Friction Type（补块摩擦类型）：在接触点块里球平均值
  - One Directional / Two Directional Friction（单向/双向摩擦）：更精确或更快的选项，影响摩擦模拟。消耗更大
- Enable Enhanced Determinism（启用增强确定性）
  
  打开后，物理计算会更加确定性（不同平台 / 运行一致），但有性能开销
- Improved Patch Friction（是否启用改进后的补块摩擦计算）
  
  优化摩擦模型的开关，可以提高堆叠稳定性，有性能开销
解算器类型
- Solver Type（解算器类型）
  - Projected Gauss Seidel（PGS） PhysX 默认解算器，效率高但数值不完全稳定
  - Temporal Gauss Seidel（TGS）： Unity 2019+ 引入，更稳定，尤其是关节/堆叠场景，但更耗性能。
速度、缓存、阈值
- Default Max Angular Speed（默认最大角速度）
  
  刚体的最大角速度，防止旋转过快导致数值不稳定
- Scratch Buffer Chunk Count（临时缓冲区块计数）
  
  物理世界一次模拟可用的临时内存块数，通常不用改，除非调优大规模物理场景（上万刚体、成千接触点，才需要调高）
  
  如果临时缓冲区太小，物理世界复杂时（很多碰撞体/接触点），PhysX 会频繁向系统申请额外内存（malloc），造成性能抖动和 GC 压力
  如果设得太大，会占用多余内存，但换来更稳定的性能
  - 小/中型项目（常见移动游戏、独立游戏）：保持默认，不用动
  - 大型项目（物理沙盒游戏、MMO 有几千刚体）：可以适当调高
  方法：用 Profiler 看物理模块里的内存分配峰值，如果频繁分配，就增大
- Fast Motion Threshold（快速运动阈值）
  
  如果物体的运动超过这个阈值，会强制使用连续碰撞检测（防止漏检）。
  默认值是个极大数（相当于关闭了该功能）

Cloth（布料）页签

此页签的设置仅使用于布料物理

Gravity Override：布料重力重载

设置每个轴上布料组件的重力值。
默认情况下，X 设置为 0，Y 设置为 -9.81，Z 设置为 0。
Enable Inter-Collision：是否启用布料粒子相互碰撞

启用后显示下方两个属性，该值默认不启用
- Inter-Collision Distance
  
  定义每个相互碰撞的布料粒子周围球体的直径（以世界单位为单位）。
  Unity 确保这些球体在模拟过程中不会重叠。距离应小于配置中两个粒子之间的最小距离。如果距离更大，布料碰撞可能会违反距离约束，导致抖动。
- Inter-Collision Stiffness
  
  定义当相互碰撞的布料粒子比距离值更近时，它们之间的分离力的强度。
  该值是 PhysX 乘以分离力的系数；布料求解器随后根据您提供的该值计算刚度。

2D 物理系统设置

常规设置
- Gravity（重力的方向与大小）
  
  设置 2D 世界中的重力方向和大小，默认为朝下的重力
- Default Material（默认物理材质）
  
  默认的 2D 物理材质（Physics Material 2D），
  当 Collider2D 没有指定材质时使用
解算相关
- Velocity Iterations（速度迭代次数）
  
  数值越高，物体碰撞时速度的计算越精确，但性能消耗也更大
- Position Iterations（位置迭代次数）
  
  影响物体在碰撞中的位置校正精度。
- Bounce Threshold（反弹阈值）
  
  低于此速度的碰撞不会产生弹性反弹，避免小抖动
- 修正相关属性
  - Max Linear Correction（最大线性位置修正）
    
    用于防止物体因浮点误差穿透时的修正量
  - Max Angular Correction（最大角度修正）
    
    与上面类似，但针对旋转
  在物理模拟里，由于浮点误差、大时间步长或高速运动，物体可能会发生轻微的重叠
  
  Box2D 的解算器会通过位置校正来把物体推开，避免它们无限重叠，但是如果“推开量”没有限制：
  1. 可能一次性把物体推出很远，导致抖动或跳跃
  2. 特别是高速物体/薄物体，可能瞬移到奇怪的位置
  因此 Box2D 给出两个安全阈值：
  限制一次迭代中，线性位置和旋转修正的最大距离
  
  举例说明：
  
  假设两个刚体发生了 0.5 米的重叠：Max Linear Correction = 0.2（默认）
  引擎只允许这次迭代最多修正 0.2 米，可能需要多次迭代（每帧内多次解算）逐步把它们分开
  如果把这个值调大（比如 1），一次迭代可能就能修正 0.5 米的重叠，但可能导致物体瞬间弹开，不稳定
- Max Translation Speed（最大线速度）
  
  防止物体因速度过大导致物理计算不稳定
- Max Rotation Speed（最大角速度）
  
  同样是防止过大旋转速度带来的不稳定
穿透修正相关
- Baumgarte Scale（位置修正系数）
  
  决定在碰撞时，穿透误差的修正比例表现为温柔的推开
- Baumgarte Time Of Impact Scale（TOI 修正系数）
  
  主要用于高速物体的连续碰撞检测
  表现为粗暴推开，因为高速物体必须马上分开，否则会穿透
- 举例：
  
  假设两个物体重叠了 0.1m：
  
  Baumgarte Scale = 0.2，每次迭代修正 0.1 * 0.2 = 0.02m，大约需要 5 次迭代才能完全分离
  Baumgarte TOI Scale = 0.75，每次迭代修正 0.1 * 0.75 = 0.075m，只要 2 次迭代就能分离，更快
  
  主要用于修正连续碰撞检测的物体
休眠相关
- Time To Sleep（进入休眠时间）
  
  进入休眠的延迟时间
- Linear Sleep Tolerance（线性睡眠耐受力）
  
  线速度低于该值时，物体可进入休眠
- Angular Sleep Tolerance（角速度耐受性）
  
  角速度低于该值时，物体可进入休眠
射线、碰撞检测相关
- Default Contact Offset（默认接触偏移量）
  
  用于避免浮点误差导致的穿透
- Contact Threshold（接触阈值）
  
  主要用于 CCD（连续碰撞检测）
- Queries Hit Triggers（是否查询触发器命中）
  
  射线检测是否检测触发器
- Queries Start In Colliders（是否查询从碰撞器开始的命中）
  
  射线起点在 Collider 内时是否算命中
- Callbacks On Disable（是否禁用回调）
  
  对象禁用时是否触发碰撞回调
- Reuse Collision Callbacks（是否重用碰撞回调）
  
  是否重用碰撞回调对象（减少 GC）
  
  此选项在启用时可以提高性能。禁用时，由于垃圾收集（GC）压力，可能会导致性能不佳。因此，默认设置为启用。
模拟模式
- Auto Sync Transforms（是否自动同步转换）
  
  如果打开，每次修改 Transform 都会自动同步到物理引擎。
  性能代价很高，推荐关闭，用 Rigidbody.MovePosition 或 MoveRotation 控制移动
- Simulation Mode（模拟模式）
  
  Unity 物理引擎每一帧都需要推进物理世界一次（即调用 Physics.Simulate） Simulation Mode 就是控制，这个物理步进由谁来执行
  - Fixed Update：物理模拟会在 Unity 的 FixedUpdate 循环中自动执行
    
    通过 Time > Fixed Timestep 控制
    独立于渲染帧率，即使渲染卡顿，物理也会按固定步长“补模拟”
    - 优点：稳定、一致，最适合大多数游戏。
    - 缺点：可能在掉帧时出现多次物理步进，造成 CPU 峰值。
  - Update：物理模拟直接在每帧的 Update 里执行（不常用）
    
    跟随渲染帧率 → 60FPS 就模拟 60 次，30FPS 就模拟 30 次
    - 优点：更流畅（物理和画面完全同步），适合对物理依赖很轻的项目（比如休闲游戏）。
    - 缺点：帧率不稳定时，物理表现也会抖动，可能在主机、移动端不理想，
  - Script：在代码里手动调用 Physics.Simulate(deltaTime)，自己更新
    
    你完全控制物理何时更新（甚至可以一帧模拟多次，或隔几帧才模拟一次
    一般用于特殊需求，比如：
    1. 自己写物理
    2. 多场景物理不同步
    3. 回放系统，需要按精确的时间轴重现物理
    - 优点：可控性强
    - 缺点：管理复杂度高，容易出错
- Simulation Layers（模拟层）
  
  哪些 Layer 参与物理模拟
调试相关
- Gizmos（小工具）：编辑器中如何绘制碰撞体
  - Nothing：不显示任何 2D 物理相关的 Gizmos
  - Everything：显示所有可用的 Collider Gizmos（相当于全选）
  - All Colliders：显示场景中所有的 2D Collider
  - Colliders Outlined：显示碰撞体的轮廓线，常用来直观检查碰撞体形状
  - Colliders Filled：显示碰撞体的填充区域，一般用来区分重叠的碰撞体
  - Colliders Sleeping：高亮显示当前处于休眠状态（Sleeping）的刚体碰撞体对调试性能优化很有帮助，可以看到哪些物体已经停止物理计算
  - Collider Contacts：显示碰撞体之间的接触点（小点/小线）
    用于调试碰撞检测，特别是需要确认两个物体是否真的在物理层面发生接触
  - Collider Bounds：显示碰撞体的包围盒（AABB）
    方便观察 Unity 内部用于快速检测的边界区域
多线程相关
- Use Multithreading（使用多线程）
  
  启用 2D 物理的多线程 Job 系统。开启后，物理运算会分配到多个 CPU 核心
- Use Consistency Sorting（启用一致性排序）
  
  保证任务执行顺序可预测（调试时更稳定）。
  关闭会更快，但可能出现非确定性结果
- Job 分批参数（每个 Job 处理多少对象）
  
  决定各种物理计算任务（插值、接触生成、清理等）如何分批给 Job
  数值越大 = Job 数量少（减少调度开销，单 Job 任务重）
  数值越小 = Job 数量多（更分散，可利用更多线程，但调度开销大）
  - Interpolation Poses Per Job：插值姿态计算时，每个 Job 处理的刚体数量
  - New Contacts Per Job：每个 Job 处理新生成的接触点的数量
  - Collide Contacts Per Job：碰撞检测中，每个 Job 处理的接触数
  - Clear Flags Per Job：清理物体标记时，每个 Job 批处理的数量
  - Clear Body Forces Per Job：清理刚体受力时，每个 Job 处理的刚体数
  - Sync Discrete Fixtures Per Job：每个Job同步离散碰撞体（非连续检测）的数量
  - Sync Continuous Fixtures Per Job：每个Job同步连续碰撞体（CCD）的数量
  - Find Nearest Contacts Per Job：查找最近的接触点时，每个 Job 处理的数量
  - Update Trigger Contacts Per Job：更新触发器接触点时，每个 Job 的数量
- Island Solver（岛屿解算器）相关
  
  物理系统会把一组相互作用的刚体、关节、碰撞点组成一个 Island（岛屿），然后单独解算，下面这些参数决定岛屿解算如何拆分到多线程执行，控制何时分 Job 解算
  
  关于岛屿相关内容，可见：UPL7-7——刚体相关
  - Island Solver Cost Threshold：当岛屿的计算成本超过该阈值时，会拆分为多个 Job
  - Island Solver Body Cost Scale：刚体的计算成本系数。值越大，刚体对总计算成本影响越大
  - Island Solver Contact Cost Scale：接触点的计算成本系数
  - Island Solver Joint Cost Scale：关节的计算成本系数
  - Island Solver Bodies Per Job：解算岛屿时，每个 Job 处理的刚体数量
  - Island Solver Contacts Per Job：解算岛屿时，每个 Job 处理的接触数量
- 多线程属性调整建议：
  1. Unity 已经针对常见项目做过平衡，通常不需要调整这些参数
  2. 如果物体数量非常多、CPU 多核
    可以适当降低 per job 数值 → 让更多 Job 并行
  3. 如果物体不多，但调度开销高
    可以适当增大 per job 数值 → 减少 Job 数量