5.2 2D 物理与碰撞

5.2 2D 物理与碰撞

本节摘要：物理引擎以固定步长离散地推进世界，节点世界与物理世界之间存在一层变换同步。碰撞体有四大家族——运动学身体、动力学刚体、静态体、检测区域，各管一种运动范式。射线负责"感知"，物理材质负责"手感"。本节讲透这套谱系与调校方法，为 5.3 的角色控制打底。

为什么角色会卡进墙里半格？为什么电梯平台上的箱子会抖？这些问题的答案都在物理引擎的离散本质里：它不是连续地计算世界，而是按固定节拍一小步一小步地推（第 2 章讲过的固定步长），步与步之间靠插值补视觉。理解"离散推进加插值呈现"，一半的物理怪象就能自我解释。

四类碰撞体的谱系

选对碰撞体是物理设计的第一决策。四大家族的分工用"谁决定位置"一句话区分：

运动学身体是主角的标准载体：位置由代码驱动（移动与滑动方法），碰撞由引擎解析——撞墙就停、贴坡能滑。它的哲学是"手感归我，碰撞归引擎"。

动力学刚体是道具的标准载体：设置好质量与摩擦，物理引擎接管一切。想对它施力有一套完整的接口（冲量、力、力矩）。刚体与刚体之间会真实碰撞、堆叠、滚动。

静态体是世界的骨架：瓦片地图自动生成静态碰撞，独立的静态体补充零散障碍。

检测区域是无形的哨兵：玩家走进范围触发信号，矿石被拾取、敌人发现目标、存档点激活，全用它。区域可以完全不参与"阻挡"，只做感知。

# 拾取矿石：检测区域的标准用法
extends Area2D

signal collected(ore_type: StringName, value: int)

@export var ore_type: StringName = &"copper"
@export var value := 5

func _ready() -> void:
    body_entered.connect(_on_body_entered)

func _on_body_entered(body: Node2D) -> void:
    if body.is_in_group(&"player"):
        collected.emit(ore_type, value)
        queue_free()
​

运动学身体的移动心法

移动与滑动是运动学身体的核心方法，理解它的输入输出就理解了平台游戏的手感工程。

extends CharacterBody2D

const SPEED := 220.0
const JUMP_VELOCITY := -420.0
const GRAVITY := 980.0

func _physics_process(delta: float) -> void:
    if not is_on_floor():
        velocity.y += GRAVITY * delta          # 重力累加到速度

    if Input.is_action_just_pressed(&"jump") and is_on_floor():
        velocity.y = JUMP_VELOCITY             # 起跳：直接设定垂直速度

    velocity.x = Input.get_axis(&"move_left", &"move_right") * SPEED
    move_and_slide()                           # 引擎解析碰撞，返回后更新位置
​

这段代码浓缩了三条心法。其一，速度是唯一状态：代码只改速度，位置由移动方法按速度推进——重力加进速度、跳跃设定速度、输入调水平速度，各管一个分量。其二，落地查询在移动之后：着地、着墙、天花板这些状态由上一次移动调用更新，先移动后查询。其三，手感是参数组：重力、跳速、水平速度三个数字决定角色的"性格"，跑得快跳得低是利落，跑得慢跳得高是绵软——调手感就是调这三个数的组合。

💡 跳跃手感进阶：松开跳跃键提前截断上升速度（短按小跳）、下落时重力加大（落地干脆）、离地宽限几帧（走下坡也能接跳）。三招齐上，"矿工"的跳跃立刻从能用变成舒服——5.3 复盘会逐个装上。

射线：物理世界的眼睛

射线从一点沿方向发射，报告撞到的第一个碰撞体与命中点。它是"感知"的精确工具：敌人视线检测、地面坡度采样、子弹命中判定。

# 视线检测：敌人能否看见玩家
func can_see_player() -> bool:
    var query := PhysicsRayQueryParameters2D.create(
        global_position, _player.global_position)
    query.exclude = [get_rid()]                # 排除自己
    var hit := get_world_2d().direct_space_state.intersect_ray(query)
    return hit and hit.collider == _player     # 第一个挡路的是玩家才叫看见
​

用射线有两条纪律。一，射线数量乘以频率就是开销，每帧几十条无妨，成千条要节制（空间分区或降频采样）。二，射线的坐标系是世界坐标，从局部坐标出发记得先转换，否则"看不见斜坡下的玩家"这类怪象难以排查。

物理材质：摩擦与弹性的微调

物理材质决定表面性格：摩擦控制滑动难易，弹性控制反弹力度。冰面低摩擦、橡胶高弹性，数值都在材质资源上调。经验做法是建立材质库（普通地面、冰、泥、弹簧垫各一份），碰撞体引用材质而不是各调各的参数——调"冰"一份，全关卡冰面同步变。

图 1 物理系统的协作全景

碰撞层与掩码：谁理谁的一张表

碰撞体系的最后一块拼图是层与掩码。每个碰撞体同时具有两层身份：自己在哪几层（层）与自己关心哪几层（掩码）。两个碰撞体是否相互作用，由双方的层与掩码交叉决定。

这张机制解决"世界很挤但互不干扰"的组织问题：玩家的层是玩家层、掩码是地形加敌人；敌人的层是敌人层、掩码是地形加玩家；矿石区域的层是道具层、掩码只有玩家——矿石与敌人擦肩而过互不触发。层的命名在项目设置里做，语义化命名（地形、玩家、敌人、道具、子弹）后，整个碰撞拓扑就是一张可读可查的表。

⚠️ 常见坑：全部用默认的第一层，一旦需要"子弹不打队友"就只能写代码判断，越堆越乱。项目第一天就把层语义定好，后期的每一次新实体接入都是查表填空。

本节要点回顾

• 离散本质：固定步长推进加插值呈现，物理怪象先从离散与同步找原因
• 四大家族：运动学身体、动力学刚体、静态体、检测区域，按"谁决定位置"选择
• 移动心法：代码改速度、引擎挪位置、落地查询在移动之后；手感是参数组
• 射线是眼睛：视线、采样、命中判定；控量并注意世界坐标
• 物理材质库：表面性格集中管理，一份材质全关卡同步
• 层与掩码：碰撞拓扑的项目级设计，第一天就定语义

渲染与物理的地基打完，下一节正式开工：从空项目到手感正确的矿工角色。