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

一、前言

点关注不迷路，持续输出Unity干货文章。

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：$s_x=v_{x}t$
竖直方向：$s_y=v_{y}t-(1/2)g{t}^2$
我们只要知道$v_x$和$v_y$即可预测出曲线的轨迹，而$(v_x,v_y)$就是速度向量。
那么，我们怎么知道 ( v x,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,vy​)。

现在我们翻译成代码，先定义些必要的变量：

/// <summary>
/// 手指的起始点
/// </summary>
private Vector2 m_startPoint;
/// <summary>
/// 手指的结束点
/// </summary>
private Vector2 m_endPoint;
/// <summary>
/// 起始点和结束点的距离
/// </summary>
private float m_distance;
/// <summary>
/// 方向向量，从结束点指向起始点的归一化向量
/// </summary>
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.cs

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 鸟
/// </summary>
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>();
    }

    /// <summary>
    /// 给鸟一个推力，将鸟推出去
    /// </summary>
    /// <param name="speed">速度向量</param>
    public void Push(Vector2 speed)
    {
        rb.AddForce(speed, ForceMode2D.Impulse);
    }

    /// <summary>
    /// 激活物理
    /// </summary>
    public void ActivateRb()
    {
        rb.isKinematic = false;
    }

    /// <summary>
    /// 禁用物理
    /// </summary>
    public void DesActivateRb()
    {
        rb.veLocity = Vector3.zero;
        rb.angularVeLocity = 0f;
        rb.isKinematic = true;
    }
}

2、曲线预测器：Trajectory.cs

// Trajectory.cs

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 曲线预测器
/// </summary>
public class Trajectory : MonoBehavIoUr
{
    /// <summary>
    /// 预测点的数量
    /// </summary>
    [Serializefield] private int m_dotsNum = 20;
    /// <summary>
    /// 点物体的父节点
    /// </summary>
    [Serializefield] private GameObject m_dotsParent;
    /// <summary>
    /// 点预设
    /// </summary>
    [Serializefield] private GameObject m_dotsPrefab;
    /// <summary>
    /// 点间距
    /// </summary>
    [Serializefield] private float m_dotSpacing = 0.01f;
    /// <summary>
    /// 点的最小缩放
    /// </summary>
    [Serializefield] [Range(0.01f, 0.3f)] private float m_dotMinScale = 0.1f;
    /// <summary>
    /// 点的最大缩放
    /// </summary>
    [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();
    }

    /// <summary>
    /// 准备轨迹点
    /// </summary>
    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;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 更新点坐标
    /// </summary>
    /// <param name="birdPos">鸟的坐标</param>
    /// <param name="pushSpeed">初始速度向量</param>
    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;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 显示预测轨迹
    /// </summary>
    public void Show()
    {
        m_dotsParent.SetActive(true);
    }

    /// <summary>
    /// 隐藏预测轨迹
    /// </summary>
    public void Hide()
    {
        m_dotsParent.SetActive(false);
    }
}

3、游戏管理器：GameManager.cs

// GameManager.cs
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 游戏管理器
/// </summary>
public class GameManager : MonoBehavIoUr
{
    /// <summary>
    /// 鸟
    /// </summary>
    public Bird bird;
    /// <summary>
    /// 轨迹预测器
    /// </summary>
    public Trajectory trajectory;

    /// <summary>
    /// 主摄像机
    /// </summary>
    private Camera m_cam;

    /// <summary>
    /// 力大小
    /// </summary>
    [Serializefield]
    private float m_speedFactor = 4f;

    /// <summary>
    /// 是否拉动中
    /// </summary>
    private bool m_isDragging = false;
    /// <summary>
    /// 手指的起始点
    /// </summary>
    private Vector2 m_startPoint;
    /// <summary>
    /// 手指的结束点
    /// </summary>
    private Vector2 m_endPoint;
    /// <summary>
    /// 起始点和结束点的距离
    /// </summary>
    private float m_distance;
    /// <summary>
    /// 方向向量，从结束点指向起始点的归一化向量
    /// </summary>
    private Vector2 m_direction;
    /// <summary>
    /// 力向量
    /// </summary>
    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();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 开始拉
    /// </summary>
    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();
    }

    /// <summary>
    /// 拉中
    /// </summary>
    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);
    }

    /// <summary>
    /// 拉结束
    /// </summary>
    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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