UPL7-8——碰撞检测相关

合理利用碰撞层矩阵设置

想要减小碰撞检测带来的开销，根本上就是要减少碰撞候选对的产生
所谓的 候选对 就是指，在广义检测 / 粗检测（Broadphase）阶段得到的一组可能相交的物体对
产生的候选对越多，在下一步进行 狭义检测 / 精检测（Narrowphase）的工作量就越大，CPU 压力就越大

因此，我们应该尽量避免无意义的碰撞产生，最有效直接的方式就是利用碰撞层矩阵
让无关层（相互之间不需要发生碰撞检测的层）全部互斥，这样可以大幅减少候选对的产生，从而达到优化性能的目的

利用 Physics 公共类 API 单独忽略物体碰撞

有时可能通过 碰撞层矩阵 不太好进行碰撞忽略，比如处于某两层中的物体，并不是所有都不需要碰撞检测，而只希望个别忽略

举例：

  1. 角色丢出的手榴弹，不要和自己身上的 Collider 撞到
  2. 近战武器的 Collider​ 要忽略和角色自身的 Collider 的碰撞

等等

如果只是想控制个别对象之间的碰撞检测忽略，我们可以利用物理公共类中的忽略碰撞方法

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class Physics
{
    public static void IgnoreCollision(Collider collider1, Collider collider2, bool ignore = true)；
}
  • 参数 1：碰撞体A
  • 参数 2：碰撞体B
  • 参数 3：是否忽略碰撞检测，传 true​ 就不会对两个对象进行碰撞检测，传 false 就会恢复检测
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Physics.IgnoreCollision(a, b, false);

避免全局粗检测（Broadphase）重建

通过之前的学习我们知道，Broadphase（粗检测） 负责快速判断哪些物体 可能相交（生成候选对）
它通常用 空间分区结构（例如动态 BVH、四叉树、八叉树 等），这些结构的核心就是 AABB（Axis-Aligned Bounding Box）
每个 碰撞体（Collider） 都有一个 AABB，它的处理逻辑就是：利用所有物体的 AABB 计算出 候选对（可能相交的对象）

AABB：轴对齐包围盒的简称
原理是用一个长方体，它的六个面分别平行于 X、Y、Z 轴，用来包住某个物体，利用这种规则粗略的表示一个对象的体积范围

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而粗检测重建指的就是：当物体的 位置、旋转、缩放 变化很大，或者 静态碰撞体（只挂碰撞器组件的对象） 被移动时
引擎不得不重新构建空间分区结构，以保证 AABB 数据正确，这意味着原来的 Broadphase 树、格子、排序信息会被废弃，必须重新插入或重排节点
这是一个 非常消耗性能的 CPU 操作，尤其是大场景或碰撞器很多时，因此我们要尽量避免这种情况的发生

何时会触发重建：

  1. 移动静态碰撞体（只挂碰撞器组件的对象）

    如果你直接改 transform.position，会导致引擎强制重建整个粗检测（Broadphase）

  2. 瞬移动态碰撞体（挂载刚体和碰撞器组件的对象）

    如果你在 Update​ 里直接改刚体的 transform，相当于“瞬移”，也会触发重建

  3. 缩放改变

    改 Collider 的尺寸，导致 AABB 改变，节点重插

  4. 启用/禁用 Collider

    会在粗检测（Broadphase）树中添加或移除节点

  5. 大量物体被 Instantiate​ 或 Destroy

    每次实例化、销毁碰撞体，粗检测（Broadphase）都要插入或删除节点，大量操作会触发局部甚至全局重建

因此我们应该在开发时尽量控制这些问题带来的开销

降低误配对和过度接触

  1. 极大或异常薄长的碰撞体会扩大 AABB，导致候选暴涨

    必要时拆分为多段更紧的 碰撞体（Collider）

  2. 物理设置中的 接触偏移 参数不要过大

    默认值一般够用，过大会导致接触过早产生，候选与接触点数增多

  3. 物理设置中的 背面射线检测（Queries Hit Backfaces） 和 射线检测触发器（Queries Hit Triggers）两个选项，不需要可以关闭

    可以减少无用检测的开销

等等

合理使用射线检测和范围检测 API

  1. 用 NonAlloc（非分配）相关 API 替代普通 API

    在进行大批量射线和范围检测时，应优先使用 NonAlloc​ 相关API，
    如 Physics.RaycastNonAlloc​，Physics.OverlapBoxNonAlloc​，Physics.BoxCastNonAlloc​ 等
    ​NonAlloc 查询和普通查询的差别，本质上是 是否会产生新的数组（内存）分配，直接影响 CPU 性能和内存垃圾回收

    普通的查询，比如：

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    RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(ray, 100f);

    ​Physics.RaycastAll 会返回一个新的数组对象，每次调用都会分配内存，如果频繁调用，会产生大量垃圾，造成 GC，从而带来 CPU 压力

    而 NonAlloc 查询，比如：

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    RaycastHit[] hits = new RaycastHit[10];
    int count = Physics.RaycastNonAlloc(ray, hits, 100f);

    结果会写进你传入的数组 hits 里，不会再分配新内存，这种调用方式不会产生垃圾，从而不会造成 GC 压力，也就不会给 CPU 带来压力了

  2. 调用相关API时，合理利用最大距离、层级过滤、忽略触发器等参数

    使用 Physics.Raycast 等 API 时，合理利用最大距离、层级过滤、忽略触发器等参数，尽量杜绝全局检测

合理使用布娃娃系统

布娃娃系统是 Unity 自带的功能，可以为指定的骨骼自动添加刚体、碰撞器、关节组件
让角色可以倒地、摔倒、物理模拟，常用于角色死亡时尸体飞出效果

GameObject ——> 3D Object ——> Ragdoll…

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  1. 减少布娃娃系统使用的碰撞器数量

    可以在骨盆、胸部、头部和每个肢体使用各 1 个碰撞器
    相当于只使用 7 个碰撞器，虽然会牺牲一些布娃娃的真实性
    但是可以大大降低消耗成本

  2. 避免布娃娃之间的碰撞

    如果允许布娃娃之间碰撞，性能会呈指数级增长
    我们可以利用碰撞层矩阵，让布娃娃处于同一层级后让其不要和自己所在层进行碰撞

  3. 及时禁用或移除不活跃的布娃娃

    当布娃娃完成它的使命后，应该及时禁用或者移除它，从而减少开销