Unity3D基于Unity整合BEPUphysicsint物理引擎实战详解
引言
Unity3D是一款流行的游戏引擎，提供了丰富的功能和工具，使开发者能够轻松创建各种类型的游戏。其中，帧同步技术是游戏开发中至关重要的一环，它能确保多个玩家在同一时间内看到的游戏状态是一致的。BEPUphysicsint是一个基于Unity3D的开源3D物理引擎项目，它通过采用定点数计算来实现物理引擎的确定性，从而在帧同步游戏中保持不同设备上的结果一致。本文将详细介绍如何在Unity3D中整合BEPUphysicsint物理引擎，并提供技术详解和代码实现。
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技术详解
1. 定点数计算
定点数是一种用固定位数的二进制数来表示实数的方法，其精度和范围可以根据需要进行调整。通过扩大倍数，把小数部分按照特定的精度变成整数，后续的计算都基于整数进行。例如，对于1.2这个小数，如果我们确定精度为小数点后1位，那么对应的定点数为12（即1.2 * 10 = 12）。在计算机中，32位整数（int）最高位表示符号位，其余31位中一部分用于表示整数部分，另一部分用于表示小数部分，具体分配根据精度需求来确定。
2. BEPUphysicsint简介
BEPUphysicsint项目是将BEPUphysics v1的代码中的浮点运算用定点数来代替而fork出的一个分支。在BEPUphysicsint中，物理引擎的计算完全基于定点数，从而实现了结果的确定性。然而，这也带来了性能上的损失，因为定点数的计算精度有限，且容易在乘法和除法运算中发生溢出。
3. 帧同步技术
帧同步是指在多人在线游戏中，服务器将游戏状态同步给所有客户端，保证多个玩家在同一时间内能够看到相同的游戏状态。基于物理引擎的帧同步技术通过服务器端实现物理引擎的计算功能，并将计算得到的物体状态同步给所有客户端，客户端则负责模拟这些状态的变化。由于使用了定点数物理引擎，不同平台上的物理计算结果能够保持一致，从而实现帧同步。
4. 物理世界和物理物体的创建
在Unity3D中使用BEPUphysicsint物理引擎，首先需要创建一个物理世界（Space），所有的物理物体都加入到这个物理世界中进行统一的模拟与迭代。物理世界创建后，需要设置重力，并添加物理物体（Entity）到世界中。物理物体可以是动态的（Dynamic Entity），也可以是运动学物体（Kinematic Entity）。动态物体按照物理方式进行运动模拟，而运动学物体则具有无限质量，不会因为碰撞而改变速度。
5. 物理事件
BEPUphysicsint物理引擎会生成碰撞事件和非碰撞事件。碰撞事件包括两个物体接触时触发的事件，如PairCreated（两个物体开始接触）、ContactCreated（接触点信息增加）等。非碰撞事件包括物理实体的更新事件、激活/去激活事件等。通过处理这些事件，开发者可以实现复杂的物理交互逻辑。
代码实现
1. 源码编译
首先，从GitHub下载BEPUphysicsint的源码：BEPUphysicsint源码地址。下载并解压后，分析文件夹，确定需要哪些代码。核心代码包括BEPUik/BEPUphysics和BEPUutilities等文件夹。将这些必要的代码拷贝到Unity项目的相应文件夹中。
2. 创建Unity项目和编译源码
在Unity中创建一个新的项目，并分好文件夹，如AssetsPackage、Scenes、Scripts等。将BEPUphysicsint的源码放到Scripts/3rd/BEPU文件夹中。在编译过程中，可能会遇到一些错误，如AssemblyInfo.cs中的代码报错，可以直接删除该文件。另外，如果源码中有编译的宏开关ALLOWUNSAFE，需要在Unity的PlayerSetting中加上这个宏。
3. 初始化物理世界
创建一个BEPUPhyMgr.cs的全局单例，用来初始化物理世界。代码如下：
| public class BEPUPhyMgr : MonoBehaviour | |
| { | |
| public BEPUphysics.Space space; | |
| public static BEPUPhyMgr Instance = null; | |
| public void Awake() | |
| { | |
| if (BEPUPhyMgr.Instance != null) | |
| { | |
| return; | |
| } | |
| Physics.autoSimulation = false; // 关闭原来物理引擎迭代 | |
| BEPUPhyMgr.Instance = this; // 初始化单例 | |
| this.space = new BEPUphysics.Space(); // 创建物理世界 | |
| this.space.ForceUpdater.gravity = new BEPUutilities.Vector3(0, -9.81m, 0); // 配置重力 | |
| this.space.TimeStepSettings.TimeStepDuration = 1 / 60m; // 设置迭代时间间隔 | |
| } | |
| public void Update() | |
| { | |
| this.space.Update(); // 模拟迭代物理世界 | |
| } | |
| } |
在Unity中创建一个GameApp空节点，挂上BEPUPhyMgr组件来做初始化。
4. 创建物理Entity并同步Unity图像
创建一个PhyBoxEntity.cs的组件，用来创建物理Entity并同步Unity图像。代码如下：
| [RequireComponent(typeof(BoxCollider))] | |
| public class PhyBoxEntity : MonoBehaviour | |
| { | |
| public BEPUphysics.Entities.Entity entity; | |
| private BEPUphysics.MathExtensions.Vector3 boxSize; | |
| private bool isKinematic; | |
| public void Initialize(BEPUphysics.Space space, Vector3 size, bool kinematic) | |
| { | |
| boxSize = new BEPUphysics.MathExtensions.Vector3(size.x, size.y, size.z); | |
| isKinematic = kinematic; | |
| var boxShape = new BEPUphysics.Shapes.Box(boxSize.X / 2, boxSize.Y / 2, boxSize.Z / 2); | |
| var boxInfo = new BEPUphysics.Entities.Entity.Builder(boxShape) | |
| { | |
| Position = this.transform.position.ToBepuVector3(), | |
| IsKinematic = isKinematic | |
| }; | |
| entity = new BEPUphysics.Entities.Entity(boxInfo); | |
| space.Add(entity); | |
| } | |
| public void UpdateTransform() | |
| { | |
| if (entity != null) | |
| { | |
| this.transform.position = entity.Position.ToUnityVector3(); | |
| this.transform.rotation = entity.Orientation.ToUnityQuaternion(); | |
| } | |
| } | |
| } |
在Unity中创建一个Cube和一个Plane，删除它们原来的物理碰撞器，然后挂上PhyBoxEntity组件，并初始化它们。
5. 同步物理Entity到Unity Transform
在Update或LateUpdate中调用PhyBoxEntity的UpdateTransform方法，将物理Entity的位置和旋转同步到Unity的Transform组件中。
| public class GameManager : MonoBehaviour | |
| { | |
| public void Update() | |
| { | |
| // 假设有一个PhyBoxEntity组件的引用 | |
| phyBoxEntity.UpdateTransform(); | |
| } | |
| } |
总结
本文详细介绍了如何在Unity3D中整合BEPUphysicsint物理引擎，包括源码编译、物理世界的初始化、物理Entity的创建以及同步Unity图像的过程。通过采用定点数计算，BEPUphysicsint物理引擎能够在帧同步游戏中保持不同设备上的物理计算结果一致。然而，这也带来了性能上的损失和精度上的限制。在实际开发中，开发者需要根据具体需求权衡这些因素，并合理处理物理事件以实现复杂的物理交互逻辑。
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