Unity fizika és a Rigidbody

A Unity 2D és 3D játékmotorként is használható, de elsődlegesen 3D-re tervezték. Elég hamar felismerték a cégnél, hogy felesleges lekorlátozni a motor használatát 3D-re, hisz az engine tökéletesen alkalmas 2D játékok fejlesztésére is, ha a Z koordinátát figyelmen kívül hagyjuk.

Megjelenítésben a 2D és a 3D elemek a sprite-ok és mesh-ek tökéletesen működnek együtt.

A fizikára viszont két teljesen szeparált, egymással nem kommunikáló rendszer szolgál:

• 3D Fizika - Nvidia PhysX engine
• 2D Fizika - Box2D engine

(A Unity biztosít még két egyéb a Package Manager-en keresztül telepíthatő fizikai motort, de használatuk eléggé speciális, ezért itt nem tárgyaljuk őket.)

Rigidbody

Ahhoz hogy egy GameObject a fizikai szimuláció része legyen szükséges egy Rigidbody komponenst hozzáadni.

• 3D: Rigidbody
• 2D: Rigidbody2D

(A későbbiekben is sok példa lesz arra, hogy a 2D fizikát kell külön jelezni, de ha 3D-t nem kell kiírni)

Rigidbody és Rigidbody2D

Olyan komponens, amivel egy merev test reprezentáló, amin a 3D vagy 2D fizikai szimuláció részét képezi.

…

A Rigidbody-t gyakran Colider-rel együtt használjuk. Ha Collider-eket is adtok a Rigidbody-k mellé, akkor a testeknek fizikai alakjuk is lesz.

Érdemes 2D és 3D fizika alatt is építeni valamit a (BoxCollider) blokkokból, aztán a Play módban ledönteni azt.

Most nézzük át a különböző beállításokat, amit a Rigidbody-n és a Rigidbody2D-n vannak.

• Is Kinematic (csak 3D)
• Kikapcsolva: Teljes fizikai szimuláció
• Bekapcsolva: A mozgást teljes egészében a kód szabályozza. Erők, ütközések és Joint-ok nem befolyásolják a mozgást. A Kinematikus beállítású Rigidbody-k viszont befolyásolják a többi Rigidbody mozgását.
• Body Type és Simulate (csak 2D)
• Dynamic: Ütköznek vele a dinamikus Rgidbody2D-k. (Ugyanaz, mintha csak Collider2D lenne a testen, de Rigidbody2D nem.)
• Kinematic: A mozgást nagyrészt a kód szabályozza viszont a Rigidbody belső velocity és rotation változóját automatikusan alkalmazza a testre. Nincs ütközésdetektálás, csak Trigger detektálás. Erők, ütközések és Joint-ok nem befolyásolják a mozgást.
• Static: Egy nem mozgó testet reprezentál, amivel viszont ütköznek más dinamikus testek.
• Simulate (csak 2D)

Ha a Simulate ki van kapcsolva, az olyan, mintha se Rigidbody2D se Collider2D nem lenne a GameObject-en.

Az alábbi táblázat foglalja magába, hogy a 2D és 3D fizika különböző funkciói közül melyek működnek egy adott Rigidbody beállításnál.

Ütköznek vele: Tudja befolyásolni más Rigidbody-k mozgását.

Trigger detektálás: A scriptjei kapnak üzenetet (metódus hívást a) a Trigger ütközésről, *ha a másik Objektumon van Rigidbody.

Joint kapcsolható rá: Összeköthető egy Jointon keresztül másik Rigidbody-val, de a Joint nem feltétlenül tud erőt kifejteni rá.

Mozog, forog: a Rigidbody belső velocity és rotation értéke alapján automatikusan.

Ütközik: A mozgását befolyásolja a más testekkel való ütközés testek, *ha nincs a Trigger beállítás bekapcsolva a Collider-en.

Hatnak rá erők: Gravitáció, Drag, Joint-ok, és egyéb erők befolyásolják a mozgását.

Egyéb Rigidbody beállítások

• Mass - A test tömeg. (Pl.: Ütközésnél van szerepe.) Hogy milyen mértékegységben értendő a tömeg, az nem megadott. Bővebben: Rigidbody mozgatása


Mass / Tömeg

Egy test tehetetlenségének mértéke.

Minél nagyobb egy test tömege, annál nagyobb erő kell ahhoz, hogy módosítsuk sebességét.

Unity fizikában a tömegnek nincs megszabott mértékegysége, de legtöbb esetben javasolt a SI tömeg alapmértéket a kilogrammgot ($kg$) használni.

Jelölésére az $m$ szimbólumot használjuk.

(A másodpercből (mint időmértékből), és választott út és tömeg mértékegységekből kapjuk meg az egyéb leszármazott fizikai mennyiségek egységét is.)

(Csak dinamikus Rigidbody fizikánál van jelentősége)

• UseAutoMass (csak 2D) - Automatikusan számítja a tömeget a Unity a Collider felület mérete alapján.
• Drag / Linear Drag (csak 2D) - Közegellenállás. A mozgás automatikus lassulása. (Nem követ fizikai modellt. Bővebben: Közegellenállás szimulálása)

(Csak dinamikus Rigidbody fizikánál van jelentősége)

• Angular Drag - Az forgás automatikus lassulása.

(Csak dinamikus Rigidbody fizikánál van jelentősége)

• UseGravity / GravityScale - Hasson-e a testen a gravitáció. 2D-ben a mértéke is állítható.

(Csak dinamikus Rigidbody fizikánál van jelentősége)

A gravitációs gyorsulás vektora (iránya és mértéke egyaránt) a Project Settings-ben állítható és a teljes projektre egyenletes lesz:

(Felső menüsáv / Projekt Settings / Physics vagy Physics(2D) / Gravity)

• Collision Detection - Hogyan történjen az ütközések detektálása. Bővebben: Ütközés: Collider-ek és Trigger-ek - Collision Detection
• Sleep Mode (csak 2D) - Az alvó mód egy optimalizáció, amit lehetőség van kikapcsolni.


Sleep Mode / Alvó mód

Egy dinamikus Rigidbody sleep, azaz alvó módban van, ha nyugvó helyzetbe kerül. Utána a fizikai motor nem alkalmaz rajta szimulációt addig, amíg nem ütközik valamivel vagy valami új erőhatás nem éri. Az alvó mód egy optimalizációs eszköz, ami jelen van a 2D és 3D fizikában egyaránt.

• Interpolate: Mikor és hogyan számítsa ki és frissítse a mozgó Rigibody-k megjelenített pozícióját a fizikai motor.
• None: A megjelenített pozíció frissítés a FixedUpdate-ben történik, amikor a fizikai szimuláció is, tehát meg fog egyezni a fizikai pozícióval. Mozgás alacsony fizikai frissítési sebességgel darabosnak hathat még magas FPS esetén is.

Pozíció frissítés a Update-ben (képfrisssítésenként) történik, hogy a mozgás olyan simának hasson, amennyire csak lehetséges. Mivel új fizikai szimuláció, azaz a fizikai pozíció számítása csak FixedUpdate-enként történik, ezért kell valami módszer az Update-ben a megjelenített pozíció egyszerűsített számítására.

• Interpolate: A legutóbbi két fizikai pozíció közötti interpoláció alapján kerül kiszámításra a megjelenített pozíció. Ezen módszerrel a megjelenített pozíció mindig egy FixedDeltaTime-mal le van maradva a fizikaitól.
• Extrapolate: A legutóbbi két fizikai pozíció alapján próbálja előre jelezni a mozgást. Gyors irányváltoztatás esetén nagyobb korrigációkra is szükség lehet, amik rendellenes mozgást eredményezhetnek.
• Constrains:

Korlátozni lehet a Rigidbody-k pozícióváltozását és forgását tengelyek szerint. Fontos, hogy a constrain-ekkel lefixált pozíció és rotáció értékei egy GameObject-nek változhatnak, csak nem a fizikai szimuláción keresztül.

Rigidbody aktuális állapota

Egyéb információk is lekérdezhetők kódból, némelyikük be is állítható. Pl.:

Position: A test aktuális fizikai pozíciója.

Rotation: A test aktuális fizikai elfordulása. (3D: Guaternion, 2D: float-angle)

Velocity: A test aktuális mozgási sebessége (sebességvektor).

Angular Velocity: A test aktuális forgási sebessége. (3D: Vector3-Euler angles, 2D: float-angle)

Speed: A mozgási sebességmértéke (sebességvektor vektor hossza)

Max Angular Velocity: Lekorlátozható a sebesség egy maximummal.

Center Of Mass: A test tömegközéppontja. A forgás központja.

World Center Of Mass: A tömegközéppont világkoordinátában kifejezve.

Sleep: Sleep módban van-e a Rigidbody.

Determinisztikus fizika

Ha valami determinisztikus, akkor az a kezdeti állapot alapján egyértelműen számítható és a számításban nincs helye semmi bizonytalanságnak.

Ez azt jelenti, hogy ha egy fizikai szimuláció determinisztikus, akkor bárhányszor lefuttatva ugyanazt az eredményt adja.

A 3D és 2D Unity fizika determinisztikus egy adott számítógépen, de ez adeterminizmus nem garantált különböző gépek és platformok közt.