Unity3d 赛车车辆各类性能算法

时间：2015-03-17 10:32:11 阅读：285 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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　　　在制作前，必须先了解真实车辆的原理：
　　车辆分前轮驱动，后轮驱动和四驱动。动力由引擎提供，反应的力到轮胎上，因此产生转数，即RPM。
　　引擎的功率可以由RPM得到公式为 : RPM = 引擎功率60/2pi ，这些都是模拟，只为了更好的为下面的动作服务。还有大众关心的"漂移" ，所谓漂移就是，在后驱车辆中，前轮方向旋转大角度，地面给于一定向心力，同时后轮又给予更多动力，导致"漂移"动作。
　　基于上面原理，就更容易理解下面的文章。
　　我先说明，有非常多种方法来开发一款赛车。本人赛车版本经过无数多种方法，无数次改版后最终选了个大众接受的。这些方法，容我一个个道来。
　　首先，你要明白，车辆不可能整个套一个外壳，原因是在接触地面时，对车辆所使的力不可能达到你预期的目标，引起，必须在车辆轮胎以上做外壳碰撞，轮胎以下就需要有力来支持它始终保持不掉下来。
　　Unity3d里有个很神奇的东西叫WheelCollider ，它是专门模拟轮胎支持力和轮胎转数，以及轮胎横向力，前进力，以及悬架避震系统。
　　这个东西非常方便，只要你把这个东西套在4个轮胎上，调试下他的forwardFriction 和 sidewaysFriction
　　达到你想要的效果，然后对驱动轮的motorTorque进行赋值，你的车辆就能动了。
　　记得你需要无数次调试前进摩擦力和横向摩擦力。
　　至于悬架系统在你需要时也可以改变其值。还有，这两个摩擦力，是一个由低到高，再由高到稳定的一条曲线。
　　这个WheelCollider非常好用，曾一度沉迷于此。但后来发现，他有很多不合理的地方。想要得到最好的效果，还是抛弃了他。
　　为了支持车辆的碰撞外壳不接触地面，必须写一个悬架动态支持力，在4个轮胎位置，支持整辆车悬浮于地面之上。
　　关于这个悬架动态支持力在这奉献下：
　　void SuspensionHoldForce()
　　{
　　float fullCompressionSpringForce = this.rigidbody.mass * 0.25f * 2.0f * -Physics.gravity.y;
　　this.OnGround = true;
　　foreach( GameObject item in FwheelModels )
　　{
　　RaycastHit hit;
　　bool onGround = Physics.Raycast( item.transform.parent.position , -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up), out hit, this.suspensionTravel + this.radius);
　　if (onGround  hit.collider.isTrigger)
　　{
　　onGround = false;
　　float dist = this.suspensionTravel + this.radius;
　　RaycastHit[]
　　hits = Physics.RaycastAll( item.transform.parent.position , -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up) , this.suspensionTravel + this.radius );
　　foreach(RaycastHit test in hits)
　　{
　　if (!test.collider.isTrigger  test.distance = dist)
　　{
　　hit = test;
　　onGround = true;
　　dist = test.distance;
　　}
　　}
　　}
　　if( onGround )
　　{
　　Vector3 wheelVelo = this.rigidbody.GetPointVelocity (item.transform.parent.position);
　　Vector3 localVelo = transform.InverseTransformDirection (wheelVelo);
　　Vector3 groundNormal = transform.InverseTransformDirection (hit.normal);
　　float damperForce = Vector3.Dot(localVelo, groundNormal) * 5000f;
　　float compression = 1.0f - ((hit.distance - radius) / suspensionTravel);
　　Vector3 springForce = ( fullCompressionSpringForce*compression - damperForce ) * item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up);
　　springForce.z = springForce.x = 0f;
　　this.rigidbody.AddForceAtPosition( springForce , item.transform.parent.position );
　　}
　　else
　　{
　　this.OnGround = false;
　　}
　　}
　　foreach( GameObject item in BwheelModels )
　　{
　　RaycastHit hit;
　　bool onGround = Physics.Raycast(  item.transform.parent.position, -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up), out hit, this.suspensionTravel + this.radius);
　　if (onGround  hit.collider.isTrigger)
　　{
　　onGround = false;
　　float dist = this.suspensionTravel + this.radius;
　　RaycastHit[]
　　hits = Physics.RaycastAll( item.transform.parent.position, -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up) , this.suspensionTravel + this.radius );
　　foreach(RaycastHit test in hits)
　　{
　　if (!test.collider.isTrigger  test.distance = dist)
　　{
　　hit = test;
　　onGround = true;
　　dist = test.distance;
　　}
　　}
　　}
　　if( onGround )
　　{
　　Vector3 wheelVelo = this.rigidbody.GetPointVelocity (item.transform.parent.position);
　　Vector3 localVelo = transform.InverseTransformDirection (wheelVelo);
　　Vector3 groundNormal = transform.InverseTransformDirection (hit.normal);
　　float damperForce = Vector3.Dot(localVelo, groundNormal) * 5000f;
　　float compression = 1.0f - ( ( hit.distance - radius ) / suspensionTravel );
　　Vector3 springForce = ( fullCompressionSpringForce*compression - damperForce ) * item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up);
　　springForce.z = springForce.x = 0f;
　　this.rigidbody.AddForceAtPosition( springForce , item.transform.parent.position );
　　}
　　else
　　{
　　this.OnGround = false;
　　}
　　}
　　}
　　那么在完成悬架支撑后，就该设计车辆动力了。
　　这里也有2种方法：一个方向是真实车辆行驶轨迹，另一个是模拟型车辆轨迹。
　　前者的方法是，将动力点放在车辆驱动轮上，例如后轮。用rigidbody的AddForceAtPosition可以做到，前轮只需要提供横向力就可以实现转弯的轨迹。但别看说说这么容易，这里面还涉及非常多的数值和曲线问题。在提供车辆动力时，你需要一条曲线，以致车辆不会匀加速，因为这样很不真实，还有在前轮横向力中，你必需是条由0到最高点，然后下降到平衡点的曲线。这样你的赛车才显得更真实。这些都需要用到几个数学知识。
　　后者，是用算法来模拟的一种车辆轨迹。这个算法所有作用力作用在车辆的中心点。
　　转弯轨迹，我是用转弯半径来表示，使得车辆在转弯时有相当的真实性，必须改变车辆转弯速度。当然，用到了些数学知识。代码奉献下：
　　#region 计算转弯角度
　　void Steering( bool canSteer , Vector3 relativeVelocity )
　　{
　　if( canSteer  this.OnGround )
　　{
　　if( this.shiftthrottle == 1 )
　　{
　　this.transform.RotateAround( this.transform.TransformPoint( ( this.FwheelModels[0].transform.localPosition + this.FwheelModels[1].transform.localPosition) * 0.5f ) , this.transform.up , this.rigidbody.velocity.magnitude *2f* this.steeringInput * Time.deltaTime * 2f );
　　//~ this.rigidbody.AddForceAtPosition( this.FwheelModels[0].transform.TransformDirection(Vector3.right*this.steeringInput) * 3f * this.rigidbody.mass, this.FwheelModels[0].transform.position);
　　//~ this.rigidbody.AddForceAtPosition( this.FwheelModels[1].transform.TransformDirection(Vector3.right*this.steeringInput) * 3f * this.rigidbody.mass, this.FwheelModels[1].transform.position);
　　return ;
　　}
　　if( this.throttle * this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z  0 )
　　return ;
　　float turnRadius = 3.0f / Mathf.Sin( (90f - this.steering) * Mathf.Deg2Rad );
　　float minMaxTurn = EvaluateSpeedToTurn(this.rigidbody.velocity.magnitude);
　　float turnSpeed = Mathf.Clamp(relativeVelocity.z / turnRadius, -minMaxTurn / 10, minMaxTurn / 10);
　　this.transform.RotateAround( this.transform.position + this.transform.right * turnRadius * this.steeringInput , transform.up , turnSpeed * Mathf.Rad2Deg * Time.deltaTime * this.steeringInput );
　　//~ Vector3 debugStartPoint = transform.position + transform.right * turnRadius * this.steeringInput;
　　//~ Vector3 debugEndPoint = debugStartPoint + Vector3.up * 5f;
　　//~ Debug.DrawLine(debugStartPoint, debugEndPoint, Color.red);
　　}
　　}
　　float EvaluateSpeedToTurn( float speed )
　　{
　　if(speed  this.topSpeed / 2)
　　return minimumTurn;
　　float speedIndex = 1 - ( speed / ( this.topSpeed / 2 ) );
　　return minimumTurn + speedIndex * (maximumTurn - minimumTurn);
　　}
　　#endregion
　　这个模拟车辆轨迹，不能达到漂移的性能，但我加了一个滑动比例计算的算法，用车辆横向移动速度，和前进速度，的比例来确定，该车辆是否处于漂移状态，如处于，则启动漂移滑动程序。当然，我的赛车是很自然的，不做做。至于轮胎痕迹，就是判断是否触底后，在该点生成轮胎痕迹gameobject，如此而已。
　　最后，再介绍下，所有车辆都需要模拟的，行驶时，轮胎随速度旋转这个关系到车辆看起来真实性的东西。其实非常简单。不多说，发代码：
　　#region 轮胎滚动与旋转模拟
　　void WheelRoll()
　　{
　　float averageAngularVelo = ( this.rigidbody.GetPointVelocity(this.BwheelModels[0].transform.parent.position).magnitude + this.rigidbody.GetPointVelocity(this.BwheelModels[0].transform.parent.position).magnitude )/2f;
　　float engineAngularVelo = averageAngularVelo * 3f;
　　float rpm = engineAngularVelo * (60.0f/(2*Mathf.PI)) * (this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z  0f ? 1f : -1f );
　　//~ Debug.Log(this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z);
　　FwheelModels[0].transform.rotation = FwheelModels[0].transform.parent.rotation *    Quaternion.Euler (RotationValue, this.steering , 0);//旋转
　　FwheelModels[1].transform.rotation = FwheelModels[1].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, this.steering , 0);//旋转
　　BwheelModels[0].transform.rotation = BwheelModels[0].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, 0, 0);//旋转
　　BwheelModels[1].transform.rotation = BwheelModels[1].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, 0, 0);//旋转
　　RotationValue += rpm * ( 360f/60f ) * Time.deltaTime;
　　}
　　#endregion
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