【游戏开发实战】Unity 2D游戏物理运动曲线轨迹预测，以愤怒的小鸟为例，轨迹曲线云团圈圈

文章目录

• • • 一、前言
    • 二、思考分析
    • 三、场景搭建
    • • 1、导入图片素材
      • 2、鸟预设
      • 3、地面环境
      • 4、曲线的点预设
      • 5、预览效果
    • 四、代码
    • • 1、鸟脚本：Bird.cs
      • 2、曲线预测器：Trajectory.cs
      • 3、游戏管理器：GameManager.cs
    • 五、挂脚本
    • 六、运行测试

一、前言

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嗨，大家好，我是新发。我们先来看一个画面，愤怒的小鸟，发射之前没用轨迹预测。

我们可以不可以在发射之前就预测出曲线轨迹并显示出来呢？
本文就来教大家如何在Unity中实现物理运动曲线预测吧。

本文最终效果：

本文Demo工程已上传到CodeChina，感兴趣的同学可自行下载学习。
地址：https://codechina.csdn.net/linxinfa/UnityAngryBirdCurveTrajectory
注：我使用的Unity版本：2020.2.7f1c1 (64-bit)。

二、思考分析

根据高中物理的斜抛运动路径公式：
水平方向： s x = v x t s_x=v_xt sx​=vx​t
竖直方向： s y = v y t − ( 1 / 2 ) g t 2 s_y=v_yt-(1/2)gt^2 sy​=vy​t−(1/2)gt2
我们只要知道 v x v_x vx​和 v y v_y vy​即可预测出曲线的轨迹，而 ( v x , v y ) (v_x, v_y) (vx​,vy​)就是速度向量。
那么，我们怎么知道 ( v x , v y ) (v_x, v_y) (vx​,vy​)呢？
手指按下的位置作为起始点，手指抬起的位置作为结束点，起始点 - 结束点即可得到一个从结束点指向起始点的向量，这个就是我们要的速度向量 ( v x , v y ) (v_x, v_y) (vx​,vy​)。

现在我们翻译成代码，先定义些必要的变量：

/// 

/// 手指的起始点
/// 
private Vector2 m_startPoint;
/// 

/// 手指的结束点
/// 
private Vector2 m_endPoint;
/// 

/// 起始点和结束点的距离
/// 
private float m_distance;
/// 

/// 方向向量，从结束点指向起始点的归一化向量
/// 
private Vector2 m_direction;

起始点和结束点的坐标，可以通过手指的屏幕坐标转世界坐标得到，例：

// 起始点坐标
m_startPoint = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
// ...// 结束点坐标
m_endPoint = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);

手指抬起的时候，计算速度向量：

// 放大速度倍数
float factor = 4f;m_distance = Vector2.Distance(m_startPoint, m_endPoint);
m_direction = (m_startPoint - m_endPoint).normalized;
Vector2 speed = m_direction * m_distance * factor;

有了这个speed，我们就可以预测轨迹了。
假设鸟的坐标为Vector3 birdPos，根据斜抛路径公式，那么预测曲线轨迹点的坐标(posX, posY)就是这样：

float posX = birdPos.x + speed.x * t;
float posY = birdPos.x + speed.y * t - 0.5f * Physics2D.gravity.magnitude * t * t;

注意，上面我们用了Physics2D.gravity.magnitude这个值，它就是重力加速度g。
它的值可以在Project Settings中设置：

另外，我们需要让鸟根据初始的speed做斜抛运动，这里要用到Rigidbody2D的AddForce接口，例：

rigidbody2D.AddForce(speed, ForceMode2D.Impulse);

好了，思考完毕，开始动手实际操作吧。

三、场景搭建

1、导入图片素材

为了方便演示，我们先找点图片素材搭建场景，素材图片：

2、鸟预设

先做个鸟预设，

身上挂上必要的物理组件，

为了让鸟弹到地面上之后有一个弹性碰撞，我们创建一个Physics Material 2D,

重名名为bounciness（这个图标很形象呀）

设置摩擦力和弹力分别为0.5、0.6。

3、地面环境

做个地面预设，左右两边放两个带碰撞体的石柱，防止鸟飞出屏幕外。

地面添加两个碰撞体，不然鸟会掉到屏幕外。

4、曲线的点预设

为了描绘曲线，我们用这个小云团作为一个个点，

将其做成预设，只需要基本的SpriteRenderer组件即可。

5、预览效果

运行Unity，预览下效果，可以看到，我们的鸟已经具备物理特性了。

接下来就是写代码实现我们的业务逻辑了。

四、代码

撸起袖子写代码，代码如下，注释我写得比较清楚，就不赘述了。

1、鸟脚本：Bird.cs

// Bird.csusing UnityEngine;/// 

/// 鸟
/// 
public class Bird : MonoBehaviour
{[HideInInspector] public Rigidbody2D rb;[HideInInspector] public CircleCollider2D col;[HideInInspector] public Vector3 pos{get { return transform.position; }}private void Awake(){rb = GetComponent<Rigidbody2D>();col = GetComponent<CircleCollider2D>();}/// 
/// 给鸟一个推力，将鸟推出去/// /// 速度向量public void Push(Vector2 speed){rb.AddForce(speed, ForceMode2D.Impulse);}/// 
/// 激活物理/// public void ActivateRb(){rb.isKinematic = false;}/// 
/// 禁用物理/// public void DesActivateRb(){rb.velocity = Vector3.zero;rb.angularVelocity = 0f;rb.isKinematic = true;}
}

2、曲线预测器：Trajectory.cs

// Trajectory.csusing UnityEngine;/// 

/// 曲线预测器
/// 
public class Trajectory : MonoBehaviour
{/// 
/// 预测点的数量/// [SerializeField] private int m_dotsNum = 20;/// 
/// 点物体的父节点/// [SerializeField] private GameObject m_dotsParent;/// 
/// 点预设/// [SerializeField] private GameObject m_dotsPrefab;/// 
/// 点间距/// [SerializeField] private float m_dotSpacing = 0.01f;/// 
/// 点的最小缩放/// [SerializeField] [Range(0.01f, 0.3f)] private float m_dotMinScale = 0.1f;/// 
/// 点的最大缩放/// [SerializeField] [Range(0.3f, 1f)] private float m_dotMaxScale = 1f;private Transform[] m_dotsList;private Vector2 m_pos;private float m_timeStamp;private void Start(){Hide();PrepareDots();}/// 
/// 准备轨迹点/// private void PrepareDots(){m_dotsList = new Transform[m_dotsNum];m_dotsPrefab.transform.localScale = Vector3.one * m_dotMaxScale;float scale = m_dotMaxScale;float scaleFactor = scale / m_dotsNum;for (int i = 0; i < m_dotsNum; ++i){var dot = Instantiate(m_dotsPrefab).transform;dot.parent = m_dotsParent.transform;dot.localScale = Vector3.one * scale;if (scale > m_dotMinScale)scale -= scaleFactor;m_dotsList[i] = dot;}}/// 
/// 更新点坐标/// /// 鸟的坐标/// 初始速度向量public void UpdateDots(Vector2 birdPos, Vector2 pushSpeed){m_timeStamp = m_dotSpacing;for (int i = 0; i < m_dotsNum; ++i){m_pos.x = birdPos.x + pushSpeed.x * m_timeStamp;m_pos.y = (birdPos.y + pushSpeed.y * m_timeStamp) - 0.5f * Physics2D.gravity.magnitude * m_timeStamp * m_timeStamp;m_dotsList[i].position = m_pos;m_timeStamp += m_dotSpacing;}}/// 
/// 显示预测轨迹/// public void Show(){m_dotsParent.SetActive(true);}/// 
/// 隐藏预测轨迹/// public void Hide(){m_dotsParent.SetActive(false);}
}

3、游戏管理器：GameManager.cs

// GameManager.cs
using UnityEngine;/// 

/// 游戏管理器
/// 
public class GameManager : MonoBehaviour
{/// 
/// 鸟/// public Bird bird;/// 
/// 轨迹预测器/// public Trajectory trajectory;/// 
/// 主摄像机/// private Camera m_cam;/// 
/// 力大小/// [SerializeField]private float m_speedFactor = 4f;/// 
/// 是否拉动中/// private bool m_isDragging = false;/// 
/// 手指的起始点/// private Vector2 m_startPoint;/// 
/// 手指的结束点/// private Vector2 m_endPoint;/// 
/// 起始点和结束点的距离/// private float m_distance;/// 
/// 方向向量，从结束点指向起始点的归一化向量/// private Vector2 m_direction;/// 
/// 力向量/// private Vector2 m_pushSpeed;private void Start(){m_cam = Camera.main;bird.DesActivateRb();}private void Update(){// 检测鼠标/手指行为if(Input.GetMouseButtonDown(0)){m_isDragging = true;OnDragStart();}if (Input.GetMouseButtonUp(0)){m_isDragging = false;OnDragEnd();}if (m_isDragging){OnDrag();}}/// 
/// 开始拉/// private void OnDragStart(){// 禁用物理bird.DesActivateRb();// 起始点m_startPoint = m_cam.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);// 显示轨迹trajectory.Show();}/// 
/// 拉中/// private void OnDrag(){m_endPoint = m_cam.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);m_distance = Vector2.Distance(m_startPoint, m_endPoint);m_direction = (m_startPoint - m_endPoint).normalized;m_pushSpeed = m_direction * m_distance * m_speedFactor;trajectory.UpdateDots(bird.pos, m_pushSpeed);}/// 
/// 拉结束/// private void OnDragEnd(){bird.ActivateRb();bird.Push(m_pushSpeed);// 隐藏轨迹trajectory.Hide();}
}

五、挂脚本

鸟预设上挂Bird脚本。

曲线预测器挂Trajectory脚本，并赋值对应的参数。

游戏管理器挂GameManager脚本，并赋值对应的参数。

六、运行测试

运行Unity，测试效果如下，可以看到，飞行轨迹与我们的预测的曲线轨迹一致。

完毕。
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