📖 前言

在游戏开发中，物理引擎是实现真实交互的核心模块。本文深入探讨物理材质、碰撞优化、射线检测、关节系统等进阶技术，结合实战案例解析如何精准控制碰撞行为、处理高速物体穿透、实现复杂物理效果，并分享性能调优技巧，助你打造更稳定、真实的物理交互体验。

🧪 物理引擎进阶

1. 物理材质与碰撞过滤

• Physics Material（物理材质）
  控制摩擦力和弹性：

  // 创建物理材质
  const material = new PhysicsMaterial();
  material.friction = 0.5; // 摩擦力 (0-1)
  material.restitution = 0.8; // 弹性 (0-1)
  collider.material = material;
  

• 碰撞分组与掩码
  通过 Group 和 Mask 控制碰撞层级：

  // 设置碰撞组（在项目设置中定义分组名）
  collider.group = 1 << 2; // 第三组
  collider.mask = (1 << 3) | (1 << 4); // 只与第三、四组碰撞
  

2. 连续碰撞检测（CCD）

防止高速物体穿透：

// 在刚体组件中启用CCD
rigidBody.useCCD = true;

3. 射线检测（Raycast）

用途：检测地面、射击命中、视线判断等。

import { physics, Vec3 } from 'cc';

// 从角色脚底向下发射射线
const startPos = this.node.position;
const endPos = new Vec3(startPos.x, startPos.y - 1, startPos.z);
const results = physics.PhysicsSystem.instance.raycastClosest(
    startPos,
    endPos,
    this.node.getComponent(Collider).collisionFilterGroup
);

if (results.collider) {
    this.isGrounded = true;
}

4. 物理关节（Joints）

常用类型：

• Distance Joint：保持两个刚体间固定距离
• Revolute Joint：铰链关节（如门轴）
• Spring Joint：弹簧关节

代码示例（弹簧关节）：

// 创建弹簧关节
const joint = this.node.addComponent(SpringJoint);
joint.connectedBody = otherNode.getComponent(RigidBody);
joint.distance = 5; // 目标距离
joint.spring = 10; // 弹簧刚度

5. 物理力场（Physics Forces）

实现全局风力、区域引力等：

// 在update中持续施加力
rigidBody.applyForce(new Vec3(10, 0, 0)); // 持续风力

🛠️ 进阶实战案例

案例1：平台游戏角色优化

需求：

• 精确地面检测（射线+碰撞器组合）
• 斜坡行走时保持稳定
• 空中转向限制

关键代码：

// 多射线地面检测
private checkGround() {
    const startPos = this.node.position;
    const offsets = [-0.3, 0, 0.3]; // 左右偏移射线
    for (const offset of offsets) {
        const rayStart = new Vec3(startPos.x + offset, startPos.y, startPos.z);
        if (this.raycast(rayStart)) return true;
    }
    return false;
}

案例2：射击游戏子弹穿透

需求：

• 子弹击穿多个目标
• 击退效果与伤害衰减

代码片段：

// 射线检测所有命中目标
const results = physics.PhysicsSystem.instance.raycastAll(
    startPos, 
    endPos, 
    this.collisionGroup
);

for (const hit of results) {
    const health = hit.collider.node.getComponent(Health);
    if (health) {
        health.damage(this.damage);
        this.damage *= 0.8; // 每次穿透伤害衰减
    }
}

案例3：物理弹簧效果

目标：实现抓钩/弹性绳索效果

// 动态创建弹簧关节
attachGrapplingHook(target: Node) {
    const joint = this.playerNode.addComponent(SpringJoint);
    joint.connectedBody = target.getComponent(RigidBody);
    joint.distance = Vec3.distance(this.playerPos, targetPos);
    joint.spring = 20;
    joint.damping = 5;
}

⚙️ 性能优化技巧

1. 减少动态刚体数量：静态物体使用 Static 刚体
2. 合理设置碰撞层：避免不必要的碰撞检测
3. 控制物理更新频率：

   physics.PhysicsSystem.instance.step = 1/30; // 降低物理帧率
   

4. 合并碰撞体：复杂形状用多边形近似代替多个简单碰撞体

📝 总结

1. 物理材质与碰撞过滤：通过摩擦力和弹性配置提升交互真实感，利用碰撞掩码优化计算效率。
2. CCD与射线检测：防止高速穿透问题，灵活运用射线实现地面检测、子弹穿透等关键功能。
3. 关节与力场：弹簧/铰链关节可模拟抓钩、门轴等机制，动态力场能创造风力/引力环境。
4. 性能优化：通过碰撞层控制、刚体类型选择、物理帧率调整等手段，平衡效果与性能。
   实战案例展示了技术落地的典型场景，开发者可根据需求组合使用这些技术，构建丰富的物理交互系统。

📝 进阶任务

1. 实现角色抓钩系统：射线检测命中点 → 创建弹簧关节 → 空格键断开
2. 制作一个平衡球迷宫（使用 Revolute Joint 控制平台倾斜）
3. 优化物理性能：在复杂场景中通过调试信息显示物理耗时

常见问题预解答：

1. 射线检测无结果：检查射线起点/终点坐标是否合理，碰撞组是否匹配
2. 关节不生效：确保连接的刚体类型允许移动（如至少一个为Dynamic）
3. 物理延迟严重：优化刚体数量或调整 physics.step 值