【从Unity物理系统开始探索游戏物理】专栏-直达

碰撞材质核心属性

碰撞材质（物理材质）是定义物体表面物理特性的关键组件，主要包含以下属性：

• ‌动态摩擦Dynamic Friction‌：影响物体滑动时的阻力，数值越高越难滑动‌。
• ‌静态摩擦Static Friction‌：决定物体从静止到移动的临界力，例如角色在斜坡上是否打滑‌。
• ‌弹性Bounciness‌：控制碰撞后的反弹程度，0为完全无弹性，1为完全弹性‌。
• ‌摩擦/反弹组合模式‌：如“几何平均值”或“最大值”，用于多材质碰撞时的属性计算方式‌

原理

物理材质（Physic Material）是控制物体碰撞行为的关键组件，其属性通过物理引擎的底层算法实现交互效果‌。

动态摩擦（Dynamic Friction）‌

• ‌作用‌：物体滑动时产生的阻力，值越高滑动越困难（如冰面为0，橡胶为1）‌。
• ‌原理‌：基于库仑摩擦定律 Ffriction=μ×Fnormal，其中μ为动态摩擦系数‌。
• ‌实现‌：在Unity中通过material.dynamicFriction赋值，物理引擎实时计算切向力‌。

静态摩擦（Static Friction）‌

• ‌作用‌：阻止物体从静止状态开始移动的临界力（如斜坡上物体的防滑）‌。
• ‌原理‌：当外力小于最大静摩擦力 Fmax=μs×Fnormal 时，物体保持静止‌。
• ‌实现‌：通过material.staticFriction设置，引擎在碰撞检测阶段判断是否触发滑动‌。

弹性（Bounciness）‌

• ‌作用‌：控制碰撞后的反弹程度，0为完全吸收，1为无能量损失反弹‌。
• ‌原理‌：根据恢复系数 e=vimpactvrebound 计算反弹速度‌。
• ‌实现‌：material.bounciness直接映射到物理引擎的碰撞响应模块‌。

摩擦/弹性组合模式（Friction/Bounce Combine）‌

• ‌作用‌：定义多材质碰撞时的属性混合方式（如Average、Multiply等）‌。
• ‌原理‌：优先级规则为Average < Minimum < Multiply < Maximum，高优先级覆盖低优先级‌

底层实现机制

• ‌摩擦计算‌：通过PhysX或Havok引擎的ContactConstraint模块实时更新切向力‌。
• ‌弹性计算‌：在碰撞检测阶段调用SolveContact函数，根据弹性系数修正速度矢量‌。
• ‌性能优化‌：复杂碰撞体（如网格）使用简化摩擦模型以减少计算量‌

碰撞材质通过物理参数（摩擦、弹性等）定义物体交互行为，其核心原理基于物理引擎的‌属性插值计算‌和‌碰撞响应公式‌‌。例如：

• ‌摩擦计算‌：动态摩擦系数μ决定滑动阻力，公式为 Ffriction=μ×Fnormal ‌。
• ‌弹性计算‌：反弹速度 vrebound=−e×vimpact，其中e为弹性系数（0~1）。

Unity中的实现示例

• ‌创建物理材质‌

  在Unity中通过Physics Material组件设置参数：

  csharp
  // 代码示例：动态调整材质参数
  public class MaterialController : MonoBehaviour {
      public PhysicMaterial material;
      void Start() {
          material.dynamicFriction = 0.5f;// 设置动态摩擦
          material.bounciness = 0.3f;// 设置弹性
      }
  }
  

• ‌碰撞事件响应‌

  使用OnCollisionEnter检测碰撞并应用材质效果：

  csharp
  void OnCollisionEnter(Collision collision) {
      if (collision.collider.CompareTag("Player")) {
  // 根据碰撞材质播放音效或粒子效果
          AudioSource.PlayClipAtPoint(impactSound, collision.contacts.point);
      }
  }
  

关键参数说明

碰撞体类型与材质应用

不同碰撞体需搭配特定材质以优化性能：

• ‌基础碰撞体‌（盒型/球形/胶囊）：适合简单物体，材质参数直接影响交互效果‌。
• ‌复杂碰撞体‌（网格/地形）：需平衡精度与性能，材质常用于触发事件（如脚步声）‌。
• ‌车轮/布料专用碰撞体‌：需定制摩擦和阻尼参数以模拟真实物理行为‌

发展历史与技术演进

• ‌早期阶段2000年前‌：物理系统简化，材质参数多为固定值，如《Quake》中仅区分“硬表面”和“软表面”。
• ‌引擎普及期2000-2010‌：PhysX、Havok等引擎引入材质编辑界面，支持动态调整摩擦和弹性‌。
• ‌现代优化2010至今‌：
  • ‌实时编辑‌：Unreal/Unity支持材质预览和参数实时反馈‌。
  • ‌程序化生成‌：通过脚本动态调整材质，适应环境变化（如雨天增加摩擦力）。
  • ‌AI辅助‌：机器学习优化材质参数组合，提升真实感。

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