3.2 物理引擎与 FixedUpdate：早班物理岗

3.2 物理引擎与 FixedUpdate：早班物理岗

本节摘要：物理引擎按固定时间步模拟世界，FixedUpdate 是唯一被授权驱动刚体的班次。本节讲清刚体、重力、时间步三者的关系，示范"不抖、不穿、不飘"的角色移动写法，并解释高速物体穿墙这类经典现象的成因与对策。

刚体上岗：把物体交给物理引擎

第 1 章说过 GameObject 本身是空工位。给工位挂上 Rigidbody（刚体）组件，等于宣布"这个物体从此交给物理引擎托管"：它会受重力下坠、会与其他碰撞体互相推挤、会保留惯性。刚体身上几个属性决定了物理行为的基本盘：

• Mass 质量：影响碰撞时的动量交换，别把万物都设成 1，卡车的质量就该比纸箱大两个数量级；
• Drag 与 Angular Drag 阻尼：空气阻力，跳跃下落想更快就调大下落方向的阻力或手动施加额外重力；
• Use Gravity：受不受重力，顶视角游戏通常关掉；
• Constraints 约束：锁定某些轴的位置或旋转——2D 感觉的 3D 角色，锁掉 Z 轴移动与 X、Y 轴旋转是常规操作；
• Collision Detection 碰撞检测模式：Continuous（连续）与 Discrete（离散），穿墙问题的开关，后面细说。

与之搭档的是 Collider（碰撞器），它定义物体的物理外形——刚体是"让物理引擎管它"，碰撞器是"它的身体长什么样"。两者关系在第 3.3 节展开，本节先把驱动端的纪律立起来。

为什么物理逻辑必须住进 FixedUpdate

渲染帧率是浮动的：60 帧的机器一帧 16 毫秒，掉到 30 帧就变成 33 毫秒。物理求解器要求数值稳定，不能跟着帧率波动，所以引擎用固定时间步（默认 0.02 秒，即每秒 50 次）驱动物理：每积累够 0.02 秒就跑一次物理步。FixedUpdate 就挂在这个节拍上——它不是"每帧一次"，而是"每个物理步一次"。

由此推出物理岗三条纪律。第一条，驱动刚体只用 FixedUpdate：在 Update 里每帧给刚体加一次力，帧率越高力加得越频繁，60 帧与 144 帧的机器上角色速度完全不同。第二条，别直接改刚体物体的 transform.position：那相当于趁物理引擎不注意把物体瞬移过去，速度信息全部丢失，碰撞求解会乱，正确入口是 velocity 赋值或 MovePosition。第三条，物理读写只在 FixedUpdate 与碰撞回调里做，Update 里读到的刚体数据可能是两次物理步之间的中间态。

一帧里的物理节拍

动手：把角色真的驱动起来

背景：平台跳跃主角需要左右移动与跳跃，且手感稳定不随帧率漂移。

操作：给角色挂 Rigidbody 与 Capsule Collider（或 2D 项目的对应物），脚本如下：

using UnityEngine;

[RequireComponent(typeof(Rigidbody))]
public class PhysicController : MonoBehaviour
{
    public float moveSpeed = 5f;       // 水平移动速度
    public float jumpForce = 7f;       // 跳跃冲量
    public Transform groundCheck;      // 脚底检测点（空物体）
    public float groundRadius = 0.15f;
    public LayerMask groundMask;       // 哪些层算地面

    Rigidbody rb;
    bool jumpQueued;                   // Update 记录的跳跃意图

    void Awake()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
        // 锁定旋转，角色不能被撞翻
        rb.constraints = RigidbodyConstraints.FreezeRotation;
    }

    void Update()
    {
        // 输入采集只在 Update：跳跃是边沿事件，先排队
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            jumpQueued = true;
        }
    }

    void FixedUpdate()
    {
        // 水平移动：直接改 velocity 的水平分量，保留垂直分量
        float h = Input.GetAxisRaw("Horizontal");
        Vector3 v = rb.velocity;
        v.x = h * moveSpeed;
        rb.velocity = v;

        // 落地检测：在脚底画一个小球，看有没有碰到地面层
        bool onGround = Physics.CheckSphere(
            groundCheck.position, groundRadius, groundMask);

        // 消费跳跃意图：落地且排队过才执行
        if (jumpQueued && onGround)
        {
            rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.VelocityChange);
        }
        jumpQueued = false;   // 无论是否执行都清空，防止落地瞬间意外起跳
    }
}
​

结果：角色左右移动干脆，按空格起跳一次，落地前再按不生效；把帧率限制从 60 改到 30（质量设置里改 VSync），移动手感不变。

解读：四个细节撑起手感。其一，[RequireComponent] 声明脚本依赖刚体，挂载时自动补齐组件——防呆从声明开始。其二，跳跃意图用"排队加消费"模式跨过 Update 与 FixedUpdate 的节拍差：只靠 FixedUpdate 里读 GetKeyDown 会漏键（帧内可能跑零次物理步）。其三，velocity 赋值只改水平分量、保留垂直分量，否则跳跃上升途中左右移动会把下落清零，角色变直升机。其四，ForceMode.VelocityChange 忽略质量直接改速度，跳跃高度不受质量调参影响，调手感更直观。

变式：把 moveSpeed 的速度控制换成加速度模型——用 rb.AddForce 输入方向乘加速度，再靠 Drag 收敛速度上限。手感从"街机式即停即走"变成"推箱子式的惯性加速"，赛车与冰面关卡都靠这一变式。

高速穿墙与检测模式

子弹打穿薄墙是物理模拟的固有问题：物理步之间物体是"瞬移"的，一步之内飞过了墙的厚度，碰撞就没发生。对策是碰撞检测模式：Discrete（默认）每步只查一次位置；Continuous 会做连续检测，代价是计算量上升。实操原则：主角与高速投射物开 Continuous，静止墙体保持默认；再配合"墙体别做得太薄"的建模纪律，穿墙基本绝迹。若还有穿模，先怀疑移动代码是不是绕过了物理（直接改 position），而不是怪引擎。

本节要点回顾

• 刚体托管物理行为：质量、阻尼、约束、检测模式四个属性定基本盘；
• FixedUpdate 按固定步长跑：一帧零到多次，帧率无关的手感全靠它；
• 驱动刚体的正门：velocity 与 MovePosition，直接改 transform.position 是事故源；
• 意图排队模式：Update 采集、FixedUpdate 消费，跨节拍不丢键；
• 穿墙三件套：高速物体开 Continuous、墙别太薄、别绕过物理移动。

物体被驱动后就要见面了。下一节讲碰撞事件的分发规则：实心的墙与虚拟的感应区，走的是两套不同的通知名单。