3.2.7 修改物理材质
每个物体都有着不同的摩擦⼒。光滑的冰⾯摩擦⼒很⼩，⽽地毯表⾯的摩擦⼒则很⼤。另外每种材料也有着不同的弹性，橡⽪表⾯的弹性⼤，硬质地⾯的弹性⼩。在Unity中这些现象都符合⽇常的理念。
虽然从原理上讲，物体的摩擦⼒和弹性有着更复杂的内涵，例如普通的钢板看起来并没有太多弹性，但在合适的条件下却可以⽤来作为弹簧板。Unity的物理引擎对物体表⾯材料的性质做了简化处理，仅有5种常⽤属性，但可以满⾜⼤多数游戏的需求。
在Project窗⼝中单击⿏标右键，选择Create→Physics Material，就可以创建⼀个物理材质。物理材质的参数被简单定义为Dynamic Friction（动态摩擦系数）、Static Friction（静态摩擦系数）、Bounciness（弹性系数）、与其他物体接触时的Friction Combine（摩擦⼒系数算法）和Bounce Combine（弹性系数算法），如图3-8所⽰。
动态摩擦系数就是物体之间正在相对滑动时的摩擦系数。例如0.1代表很光滑的表⾯，0.9代表很粗糙的表⾯。
静态摩擦系数就是物体之间没有相对滑动时的摩擦系数。现实⽣活中，物体的静态摩擦⼒⼀般略⼤于动态摩擦⼒，当然在游戏世界中可以随意调节它们的⼤⼩。弹性系数可以调节物体反弹⼒的⼤⼩。例如0.8可以代表充⽓很⾜的篮球，0则代表没有任何反弹⼒。弹性系数⼀般不能⾼于0.9，否则会导致物体反弹的速度⽐撞击前的速度还快，这样它会变得越来越快，没有⽌境。
最后两个参数决定了两个物体表⾯都具有摩擦系数和弹性系数时，如何计算综合的摩擦系数和弹性系数。可选择取平均值、取最⼤值、取最⼩值或相乘4种⽅式。最后，有两点值得说明。
⼀是物理材质是配合碰撞体使⽤的。碰撞体有⼀个“材质”（Material）的属性，这⾥⾃然不是指渲染材质，⽽是指物理材质。将创建好的物理材质拖曳到该属性上即可指定该属性。
⼆是不指定任何物理材质时，碰撞体具有默认的物理材质。
3.2.8 FixedUpdate详解
在第2章⾥提到过FixedUpdate，当时解释它是物理更新，会保证稳定的时间间隔。所谓Fixed的意思就是“固定的、稳定的”。获取两次Update之间的时间间隔⽤Time.deltaTime，获取两次FixedUpdate之间的时间间隔⽤Time.fixedDeltaTime。
当设备运⾏不流畅、帧率下降时，会发现Time.deltaTime变⼤了（即帧与帧之间的时间间隔变⻓），但是Time.fixedDeltaTime却不会。⼀般Time.fixedDeltaTime会是⼀个固定的值（默认为0.02秒，可以通过选择主菜单的Edit→Project Settings→Time来修改）。
FixedUpdate的作⽤和原理解释起来不是很容易，笔者尽可能详细说明。要理解FixedUpdate，需要先理解“物理系统对于时间是⾮常敏感的”。下⾯举两个例⼦说明物理系统对于时间的敏感性。
（1）⼦弹从枪⼝射出，0.1秒后击中物体。假如物理更新频率不稳定，导致⼦弹接触物体时并没有及时检测，再晚0.02秒，⼦弹就已经穿过了物体。这样⼦弹就错过了碰撞的时机，导致后续结果完全不同。
（2）在Unity中做⼀个在地上弹跳的⽪球，如图3-9所⽰，使⽤物理材质，弹性设置为0.8。由于没有外⼒作⽤，弹跳⾼度会越来越低。搭建场景做⼀个简单的实验，通过实验可得：默认物理帧率为50帧时，球会弹跳8次；物理帧率降低为20帧时，⼩球弹跳9次；物理帧率升⾼到100帧时，⼩球弹跳6次；⽽当物理帧率降低到10帧以下时，⼩球会穿过地板。
事实证明，物理更新的时间间隔会极⼤影响物理效果的正确性，那么为什么不把默认的50帧变得更⼤⼀些呢？这是因为物理更新次数越⾼，硬件的计算负担就越重。引擎设计师不得不在性能和正确性上做出取舍，默认50帧是实验验证过的最合适的选择。
除此之外，物理更新不仅要保证频率⾼，还要保证频率稳。不稳定的频率⼀样会带来糟糕的效果，因此所有的物理系统处理都在引擎循环中的⼀个专门环节上完成。有读者可能会深想⼀步：如果机器硬件确实卡顿了，例如⼿机或计算机正处于繁忙、⽆响应的状态，物理更新还能保证更新频率吗？答案是有办法间接保证这⼀点。
简单来说，游戏世界的时间是⼀个虚拟的概念，⼀定程度上可以⼈为控制。如果在某个时刻T，硬件卡顿了0.06秒，正好错过了3次FixedUpdate()的调⽤时机，那么在下⼀次有机会运⾏的时候，FixedUpdate()函数会补上之前错过的3次，连续执⾏4次，⽽且还会“假装”这4次的调⽤时间点分别是T+0.02s、T+0.04s、T+0.06s、T+0.08s。通过这样的机制，就能确保⽆论硬件运⾏是否稳定，游戏都能保证“稳定”的物理更新，避免出现奇怪的结果。作为对⽐，Update()函数则没有这个特性。
⼩技巧
解决刚体移动过快的问题为了避免游戏中⼦弹⻜⾏过快，错过了碰撞体或触发器，Unity的刚体具有⼀个“Collision Detection（碰撞检测⽅式）”选项，将默认的“Discrete（离散）”改为“Continuous（连续）”，就可以避免错误碰撞。它的原理⼤致是，⾼速⻜⾏的⼦弹的路径在空间中是⼀些离散的点，通过在这些路径点之间连线，检查连线是否碰撞到物体，就能知道⼦弹是否碰撞到物体。
在第2章的游戏实例中，讲解过“跟随式摄像机”的制作⽅法。在当时的设计⾥，玩家⾓⾊是在Update()函数中移动的，摄像机也是在Update()函数或LateUpdate()函数中移动的。但是，如果玩家⾓⾊是⼀个通过对刚体施加⼒控制的⼩球，就可能会出现⼀些⼩问题。尝试⼀下会发现，如果⼩球是物理移动，⽽摄像机在Update()函数或LateUpdate()函数中移动，那么会导致屏幕有抖动的情况，画⾯不是很稳定，⼩球运动越快则抖动越明显。
这是由于刚体因速度或受⼒⽽产⽣的运动，属于物理更新。⽽Update()函数和LateUpdate()函数不属于物理更新，这其中有着微妙的时间差。要解决这个问题并不难，针对物理移动的刚体，只要将跟随摄像机的移动也编写到FixedUpdate()⾥，抖动的问题就会消失了。
3.2.9 修改⾓速度
与修改刚体速度类似，可以直接修改刚体的⾓速度让刚体旋转。以下代码可以让刚体在按下R键时旋转起来。
Void Update()
{
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.R))
{
rigid.angularVelocity = new Vector3(0, 60, 0);
}
}
3.2.10 质⼼
拼接⼀个简单的模型，使⽤物理系统调整它的重⼼就可以制作⼀个不倒翁，如图3-11所⽰。重⼼需要通过脚本，即在Start()函数中设置，其⽅法如下。
public class Tumbler : MonoBehaviour
{
Rigidbody rigid;
void Start () {
rigid = GetComponent<Rigidbody>();
// 设置centerOfMass就可以指定重⼼了（本地坐标系）
rigid.centerOfMass = new Vector3(0, -1, 0);
}
} 游戏物体的重⼼不受真实世界的限制，不但可以设置在物体的任意位置，⽽且还可以超出物体本⾝的范围。对不倒翁来说重⼼越低就越稳定，因此甚⾄可以把重⼼设置在物体下⽅10⽶处。
本节专门提到“质⼼”并不是为了讲解如何制作不倒翁，⽽是引出⼀个结论：对物体施加⼒时，施加⼒的位置不同，最终的效果也不同。例如，⽤⼿推桌⼦上的杯⼦，如果推杯⼦的下半部分，那么杯⼦会平移，如果推杯⼦的上半部分，杯⼦就可能会倒。
严格来说，对⼀个不受任何⼒的物体（在Unity⾥就是去掉了重⼒，也不与其他物体接触的刚体），如果受⼒的⽅向通过了该物体的质⼼，物体就不会获得⾓速度。如果受⼒的⽅向错过了质⼼，那么物体就会有旋转的趋势。质⼼到受⼒线的距离越远，旋转的趋势就越强。
3.2.11 更多施加⼒的⽅式
⼒的位置⾮常重要，但是前⽂所讲的施加⼒的函数AddForce()并没有位置参数。可以猜想，函数AddForce()施加⼒时，就是从物体的质⼼位置施加的。如果要模拟更复杂的情况，让脚本给物体的不同位置施加⼒，可以使⽤以下函数。
void AddForceAtPosition(Vector3 force, Vector3 position);
void AddForceAtPosition(Vector3 force, Vector3 position, ForceMode mode); AddForceAtPosition()函数的第1个参数force代表施加的⼒，⽤向量表⽰；第2个参数就是施加⼒的位置，以世界坐标表⽰（不是相对坐标，因此使⽤时可能需要转换坐标）。
之前讲解函数AddForce()时，忽略了它的最后⼀个参数——ForceMode（⼒的模式），AddForceAtPostion()函数同样也有该参数。“⼒的模式”参数是⼀个枚举类型，定义如下。
public enum ForceMode
{
// 默认⽅式为持续施加⼒，符合⽜顿⼒学
Force = 0,
// 设置为瞬间爆发⼒，适合表现快速猛烈的⼒，例如爆炸
// ⼒的持续时间有区别，但仍然符合⽜顿⼒学
Impulse = 1,
// 瞬时改变刚体速度，不考虑物体质量
VelocityChange = 2,
// 直接改变加速度，不考虑物体质量
Acceleration = 5
}也就是说，施加⼒的时候，可以通过改变参数mode来让施加⼒的含义发⽣变化。以上4个枚举值中，前两种是⽐较常⽤的，第三种完全可以⽤直接修改刚体速度的velocity属性代替。
3.2.12 刚体约束
对⼀个刚体来说，它的移动、旋转往往被物理系统所控制。物体会因物理因素的影响⽽移动、旋转和倒地等，但是很多时候并不需要它完全⾃由运动。例如⼀个推箱⼦的游戏，只需要箱⼦在地板上平移⽽不是转来转去；推动油桶的时候并不需要油桶⻜起来（y轴的值增⼤）或倒下（沿x轴或z轴旋转）。这时候就可以利⽤“Rigidbody Constraints（刚体约束）”解决这⼀问题。3D刚体的约束有6个选项，分别是冻结（锁定）沿x轴、y轴、z轴移动和冻结（锁定）沿x轴、y轴和z轴的旋转，如图3-12所⽰。根据需要锁定⼀些⾃由度，可以让刚体的⾏为更可控。
冻结刚体的位移和旋转⾃由度，影响着因物理原因⽽产⽣的移动，主要包含以下⼏种情况。
⼀是受重⼒影响。
⼆是被其他物体推动或撞击。
三是脚本施加的⼒改变了物体速度。
四是脚本修改了刚体速度或⾓速度。
以上情况均受冻结的影响，⽽直接修改Transform的位置和朝向，则不受刚体约束的限制。
除了在编辑器界⾯上修改刚体约束，也可以在脚本中随时修改，其⽅法如下。
// 冻结所有的缩放和旋转
rigid.constraints = RigidbodyConstraints.FreezeAll;
// 仅冻结沿x轴的位移，取消所有其他约束
rigid.constraints = RigidbodyConstraints.FreezePositionX;
// 仅冻结所有旋转，取消位移约束
rigid.constraints = RigidbodyConstraints.FreezeRotation;
// 冻结沿x轴和z轴的旋转，冻结沿y轴的位移
rigid.constraints = RigidbodyConstraints.FreezeRotationX
| RigidbodyConstraints.FreezeRotationZ
| RigidbodyConstraints.FreezePositionY;由于刚体约束⽤⼀个整数代表多种状态，因此指定多个状态时需要⽤到⼆进制运算，特别是“按位或”运算符（符号为| ）。
3.3 实例：基于物理系统的2D平台闯关游戏
本节运⽤前⽂所讲解的有关物理系统的知识做⼀个2D平台闯关游戏，如图3-13所⽰。这个游戏画⾯⽐较简单，但是可以⽤它学习和使⽤多种物理技巧，最终做出有特⾊的游戏关卡。
3.3.1 游戏设计
此游戏是⼀个平台跳跃类的闯关游戏，玩家控制图中的机器⼈使⽤移动和跳跃的⽅式通过搭设好的关卡，⽽关卡的各种机制会尽量使⽤Unity的物理系统来实现。创建⼀个2D模板的新项⽬，此实例使⽤的Unity的版本为2019.2.13f1。接着打开“Asset Store（资源商城）”并搜索Standard Assets，下载并导⼊⼯程，如图3-14所⽰。
StandardAssets中含有⼀些常⻅游戏类型的模板，这⾥找到CharacterRobotBoy，⽂件夹为Standard Assets/2D/Prefabs，将它作为主⾓素材，如图3-15所⽰。