[这个篇文章的主要目标是给予你一个关于在Unity中简单的优化物理系统]
- 我的游戏物理系统有什么错误吗？
- 怎么去处理游戏物理系统？
- Unity 物理系统有什么缺陷吗？
- Unity 是怎样处理物理系统的？
- 我在 Unity 物理系统上做了什么控制？
- 在我开始使用游戏物理系统之前我应该关心什么事情？
- 我应该在时候避免使用物理系统？
- 我看到了帧速率在下降，这是否是物理系统导致的？
当涉及到物理系统时，便会有以上这些问题，或许你会有更多像上面类似的问题。
是的，是的，我知道！我们全怪那个平果，它为什么要在那一天降临到牛顿的头上？为什么呢，上帝？
物理学也许不是每个人最爱的科目，但是物理学在游戏开发行业中真的是一个非常重要的角色。
想象一种情况，在紧要关头你最终决定提出做一个大事情。一个让人瞩目的，一个使用逼真的物理和图像的大游戏。
设计已经创建出来，架构已经完成，一切看上去似乎已经准备就绪。但是你最终坐了下来，开始在最棘手的部分上工作，“物理系统”！！
此时，似乎所以东西都崩溃了；你无意中看到了很低的FPS，奇怪的移动，碰撞器/触发器 出现了问题，高CPU使用率等等。
不恰当或者不正确的使用物理系统可能会把一些游戏玩家吓跑。这不只是关于不恰当的使用物理系统的问题了；这是关于一个游戏可玩性高不高的问题了。
这些都是不容易解决的问题。物理系统是游戏开发过程中最困难，也是最重要的一部份，这是无法避免的！！
人们可能会说：“好的物理系统需要一个超快的CPU！”。
但是，请相信我，这句话不一定都是对的。多数情况下，可以通过由浅入深进入Unity的海洋中学习Unity 的物理系统是怎样工作的，以便我们实现更好的物理系统。
在我还是一个程序小鲜肉的时候，我便要处理100多个与物理相关的事情。这让我花了近一年的时间记录下了处理物理相关的关键点。
因此，我决定写这篇文章。帮助大家跳跃这个学习阶段的痛苦，成为一个专业的物理系统开发者。
我不打算讲关于物理系统在Unity中是如何工作的，然而我将会在怎么优化你的物理系统中列出技巧和要点。所以，如果你是一个新手，我建议你先去大概了解一下Unity 物理系统。
物理学是一个非常非常庞大的、广泛的概念，我决定分成不同的部分，尽可能做到简单。
接下来，这是一个漫长有趣的过程，请你赶紧系好你的安全带，让我们开始吧！
降低固定时间步（Fixed Timestep）
在Unity文档的说明如下：
“一个不受帧速率影响的时间间隔，用于指定在 FixedUpdate() 函数中执行物理计算每一帧的时间间隔”
默认值为 0.02（每秒），这显示了每 20ms（毫秒）物理更新将会被执行一次。所有 FixedUpdate() 也会每20ms调用一次。
你需要不停的改变这个值，以获得理想的效果。
例如：
“如果你打算做一个简单的卡牌游戏，这不需要使用太多的物理系统。然而最好减少调用物理引擎的次数。但是这操作要很细心一点；如果你减少过多的物理引擎调用的次数，你也许不会得到你想要的物理效果。”
让我们通过下面的案例更好的理解 Fixed Timestep 吧！
步骤 1） 创建 3-4 个 球体。让他们保持一些距离：
步骤 2）创建物理材质（通过在Assest文件夹中按下右键->Create->Phycics Material），并且设置摩擦系数（Friction Amount）的数值为 0 ，然后设置弹力系数（Bounciness）为 1，再设置弹力混合（Bounce combine）为最大值：
步骤 3）将该物理材质添加到球体碰撞器的物理材质卡槽中去：
步骤 4）为球体添加刚体组件（这将意味着此物体时物理对象）：
步骤 5）创建一个平面，并且为其创建一个物理材质（先使用默认值），添加到平面上：
步骤 6）让创建的球体位于平面的上方，并且设置球体的重力选项盒为勾选状态。
步骤 7）点击 Play 按钮，并且查看一下结果。
这个球在做一下一上的动作。（不好意思，污了一下下。）
那么，这与固定时间步（Fixed Time Step）有什么关系呢？
上面只是一个简单的设置，现在我让我们开始玩耍 Fixed Time Step 的值吧！
找到 Edit>>Project Settings >> Time，在那里，你能找到 Fixed Time Step ，它的默认值为 0.02 （正如我之前提到的那样）。
现在让我们设置它为 0.1，然后按下 Play 按钮开始游戏。
你有发现有什么不同吗？
首先你会注意到，这些球的运动非常的慢。
然后，你会看到球体穿过了平面而不是反弹回来。
你会问为什么？（不需要弹跳如此的快呀！啊哈哈）
好的，如果你设置 Fixed Time Step 为 0.1，这就意味着物理更新将在每100ms（毫秒）执行一次，这很快就会注意到，将无法检测到碰撞。
这表明，过多的降低 Fixed Time Step 的也是不恰当的。现在让我们改变 Fixed Time Step
的值为一个更为实际可行的值 0.03 - 0.04。（具体根据球体的需要来定）
现在，如果你开始游戏，你不会看到任何改变。只要看上去还行，那就OK。如果你细心的检查一番，物理碰撞检测会有一点点不同的。
看看下面的图片：
如果你不能跟上步骤来，那么请你参考一下Unity的官方文档。适当的理解 Unity 物理引擎是必须的。
物理碰撞检测会有点延迟，只会在当前帧结束之后才反弹回去。
这在你游戏处于正常FPS下可能观察不到，但是这可能会影响到物理效果。但只要你的需要满足了，这也是没什么关系的。
这将有什么帮助呢？
任何时候你从物理计算中节省下来的计算资源，都可以让给渲染和其他计算密集的处理，所以就可以让你的游戏更加出众。
通过设置 Maximum Allowed Timestep 在物理系统中保持检查！
在Unity文档中的定义如下：
“一个不受帧速率影响的时间间隔，当帧率为最低峰值的时候，物理计算和 FixedUpdate() 事件将不会被执行”
那么，这意味着什么呢？
让我们先在正常的游戏下，去理解它（Maximum Allowed Timestep）。
如果你的游戏在运行的时候能保持在 60 FPS，这就意味着每一帧会执行 0.01666秒。意味着每一帧需要花费 16.7ms（毫秒）。
现在，让我们把 Fixed TimeStep 设置为 0.01，这表明物理更新将每 10ms 执行一次。
这表明，在每一帧中至少会调用一次物理更新，因为 10ms<16.7ms. 现在让我们假设由于某种原因帧率降低到了 30 FPS。
那么，每一帧将会执行 0.0333秒（也就是33.3ms） 。也就意味着在每一帧中会调用3次物理更新（因为一次物理更新花费10ms）。这意味着如果帧率继续下降，每帧内的物理调用还会更多。
这将会导致程序崩溃。为了解决这个问题，下面引入 Maximum Allowed TimeStep。
它的默认值为 33ms（可能是作者搞错了，明明就是0.33333秒 = 333。33ms啊）。正如 Maximum Allowed TimeStep 定义：每当物理更新超过指定的时间，物理更新将会停止。因此，这便为其他进程节约了资源。
在我们的案例中，如果每一帧执行时间增加到 40ms，这将会调用更多的物理更新。
但是现在我们设置 Maximum Allowed TimeStep 为 0.033，也就是33ms ，物理更新将会在 33ms 后停止调用，也就是执行3次物理更新后，便会停止调用，尽管每帧的执行时间超过 50ms 也会如此。
因此为其他沉重的进程节省下一些资源。
这听起来非常的棒，不是吗？
但还是有会一些限制的负面影响。每当发生性能故障，动画和物理便会放慢（意味着画面卡顿，延迟）。
因此，要牢记Maximum Allowed TimeStep 同样是一个重要的因素,如果使用得当，将会得到非常好的效果。
总是有 1-1-1 的比例
放大一个没有物理的对象是没有问题的（就是没有与物理相关组件的物体对象），但是当一个物体时一个物理对象时，我建议你不要对该物体进行缩放。缩放会导致奇怪的碰撞检测，也会影响到物体的下落方式。
例如：
“一块大石头在没有任何空气阻力的情况下会很快的落到地面上（如从塔上或其他地方掉下来）。但是如果它周围的物体都放大了，那会让下落看起来速度很慢”。
还有一个选项是调整重力加速度的值让他看起来变得正常，但是这不是最正确的做法。正确的做法应该是保持使用1-1-1的缩放比例，因为Unity的物理引擎在这种情况下工作的最佳。
给你的对象设置恰当的质量
和缩放一样，质量也需要保持精确。
让一架飞机的质量为 1kg 正确吗？
如果你考虑到度量系统准则，Unity的 1 个单位等于 1 kg 质量。同样的，Unity的 物理系统是无量纲的。但是，如果你假定 Unity 的一个单位的长度为米，那么，一个质量的单位为 kg。
你可以得到更完美的结果。并且，Unity在努力解决高浮点数问题，所以尽量削减取值范围是比较理想的解决方案。
这意味着，如果假设你的飞机重 1kg ，那么你的轮子必然不会超过 1/1000 kg。
尽可能避免使用网格碰撞器（Mesh Collider）
对任何物理引擎来说，基于网格的碰撞检测都比原始的碰撞检测需要更多的计算量，这是一个事实。Unity在内部使用了 Nvidia 的 PhysX，因此这是没有什么不同的。
一般来说，
“对于不同碰撞检测的相对成本从高到低的排序为：三角形网格、凸包（具体可以百度百科）、胶囊体、球体、盒子（六面体）、平面、点”
通常，网格碰撞器（Mesh Collider）被标记为凸包（也建议大家这么标记），它将被限制到255个三角形。只有在两个网格碰撞器被标记为凸面（Covex）时才能相互发生碰撞检测。
在 Unity 文档中的说明：
”使用网格碰撞器时会有一些限制。没有标记为凸面（Convex）的网格碰撞器只支持在一个没有刚体组件的游戏对象（GameObjecet）上发生碰撞，如果你想要在一个刚体上使用一个网格碰撞器，这必须要标记为凸面“
理想情况下，应该尽量避免使用网格碰撞体，因为他们会比传统的碰撞器（球体，立方体，胶囊体）带来更多的计算负载，所以最好还是少用。
替代
