Unity 2018.3中的物理功能改进

烟雨

本文将介绍Unity 2018.3中此次更新的所有具体改动以及与物理相关的新功能。

PhysX 3.4更新
PhysX 3.4是一个重大更新，对多个方面带来了明显的改进。

首先，PhysX 3.4解决了大量Bug。例如：PhysX 3.4显著改进凸面与凸面间的碰撞检测和反馈，因此当启用PCM碰撞检测时，不会出现任何奇怪的碰撞情况。针对窄长型三角的物理查询也得到了改进。PhysX 3.4还提高了地形接触计算的精度。

其次，新版物理引擎能使物理作业的线程更加饱和。我们重写了粗测阶段，碰撞检测和解算器，从而使它们尽可能多地分解为小型线程作业。因此，模拟一帧画面所需的时间将比以前更短。

最后，物理查询模块比以前快二倍的速度。

PhysX 3.4加入了大量新内容，我们将为大家介绍Unity 2018.3所支持的相关新功能。

多场景物理
Unity过去只有一个物理场景，该场景会填充来自所有Unity场景的物体和碰撞体。这样做会对很多情况产生限制，所以新版本将允许开发者创建多个物理场景。

你可以指定Unity场景使用默认物理场景或本地场景。额外场景和默认场景的功能相似，只不过所有常用Physics.* API会忽略额外场景，因为所有场景都是完全独立的。

使用额外场景有很多种方法，你可以使用PhysicsScene.Simulate在任何频率下对场景进行模拟，你也可以创建用于预测轨迹的隐形物理场景。此次改进应用于3D物理和2D物理。

更多批量查询
批量物理查询是一种从主线程外运行物理查询的方法。我们需要使用批量查询API，因为线程无法执行来自其它线程的API。

在Unity 2018.1中，我们发布了RaycastCommand.ScheduleBatch，它有助于计算主线程的光线投射。

在Unity 2018.3中，我们将其扩展，添加了其它单结果查询。例如：SphereCast、CapsuleCast和BoxCast。我们正在研究阻碍我们公开多结果查询的技术限制，以便在未来版本中发布该功能。

强化的结果输出
当所有输入内容一致时，PhysX能产生相同结果。然而对于物理引擎而言，很多信息都属于“输入内容”，物理场景本身就是一项输入内容。

在Unity 2018.3前，Unity无法销毁隐含的物理场景，开发者只能销毁场景中的所有对象，但这样做是不够的。加入多场景物理功能后，我们可以轻松解决该问题。

另一个常见问题是，添加距离较远且不会与其它对象交互的新物体后，也会改变模拟结果。

原因在于Unity中PhysX内部的对象分组方式。通过启用物理设置中的特别选项可以解决该问题。该功能目前仍对性能有影响，但它不会明显减慢项目的运行速度。

统一的高度图
TerrainCollider使用了一种特别的碰撞检测算法，该算法会处理计算接触时的不准确假设，以及少数类似地形厚度的不明显功能。

在Unity 2018.3中，碰撞检测方法和计算网格接触的方法是相同的。

推测性连续碰撞检测
连续碰撞检测选项已经加入到Unity中， 但是该过程的线性特性经常出现问题。该过程会沿着速度向量扫描对象的指定距离，用于计算下次碰撞的时间，而且模型不支持旋转。

该问题的最简单案例就是弹球游戏，游戏中弹板旋转速度很快，因为弹板不会线性移动。在Unity 2018.3加入新连续碰撞检测算法后，我们解决了该问题。

新算法的工作方式是扩大影响接触点生成的接触偏移。当对象足够接近扩张距离后，算法会生成实际接触流形。该模式不再使用预测性线性扫描，所以新算法会通过检测重叠物体的旋转或移动情况，得到更准确的结果。

如下图所示，这是弹球游戏加入新连续碰撞检测算法后的变化，左侧为未加入，右侧为加入后的运算结果。

定向摩擦
Unity 2018.3中加入了全新摩擦模式：单向摩擦和双向摩擦。

默认摩擦模型的工作方式是对每个接触对最多创建四个标量限制。这是计算速度最快的模型，它可以快速收敛，不需要太多次解算器迭代。

单向摩擦模式和双向摩擦模式都会针对每个接触点的基础进行处理，而不是接触对。这样一来能得到更准确的结果，但是需要收敛更多解算器迭代，如果项目根据每个接触对生成了多个接触点，项目的运行速度将被减慢。

新项目不会自动同步变换
默认情况下，对Unity变换属性的所有改动会在使用前同步到物理引擎。也就是说，在每次运行光线投射前，或每次运行模拟过程前都会进行同步。

同步不是速度最快的操作，它会降低被调用次数。因此，我们加入了新设置，用于禁用所有自动同步点。你应该调用Physics.SyncTransforms，不然Transform只会在模拟过程前，即FixedUpdate前进行同步。

同步点的另一个问题是，同步本身只能发生在主线程。这意味着你无法使用包含同步的光线投射。

通常情况下，随着Unity的多线程功能日益强大，新项目在多数情况下需要关闭自动同步点。现在我们将所有新项目创建时的Physics.autoSyncTransforms默认值由True改为False，这些改进应用于3D物理和2D物理。

获取接触信息时避免垃圾内存
获取接触信息总会造成不可避免的托管堆分配。这些分配是为了将Collision结构的实例传递给脚本的处理程序和接触点数组。根据事件发生的频率，该功能会在不同程度上降低部分项目的性能。

在Unity 2018.3中，我们引入了一个新属性Physics.reuseCollisionCallbacks，该属性默认情况下为禁用状态，以便在升级现有项目时保持行为一致。

如果启用该属性，Collision实例会被共享。这意味着每次触发回调时，只有一个Collision类的实例会被重用。因此它不会产生任何垃圾内存。然而，在回调中接收的碰撞信息需要手动复制。这项改进应用于3D物理和2D物理。

品质保证
我们的目标是使新版本的升级过程非常简单。为了实现这一目标，我们进行了比以前更多次的测试和审核。

我们将版本发送给早期使用者，然后在Unity 2018.2中进行了有限的功能升级工作，并使其在Unity 2018.2 alpha版期间作为衍生版本进行测试。

当Unity 2018.2公开发布后，我们会在官方论坛集中接受用户的反馈。