Занимательная физика

*Unity* - очень мощный, прогрессивный движок с большим потенциалом. Он обладает множеством уже встроенных функций (в том числе и физическим движком *NvidiaPhysX*), которые нам, пользователям, прописывать вручную не придется. :)
В этой небольшой статье я бы хотел обсудить физические возможности движка. Итак, начнем:

Rigidbody
=
= Что это такое? =
За функцией *Rigidbody* скрывается Абсолютно Твердое Тело (*АТТ*). Если объяснять грубо и понятно, то *АТТ* в физике и механике - это идеальное твердое тело, которое под воздействием силы не может менять свои свойства, но может (под ее воздействием) перемещаться в 3х измерениях (вниз, вверх, вперед и т.д., т.е. в наших X-Y-Z осях), а также вращаться в 3х измерениях (опять же по осям X-Y-Z).

В *Unity*, как и в других игровых движках (опять же называю их именно "игровыми" движками грубо), *Rigidbody* используется для различных объектов, с которыми мы можем взаимодействовать, толкая, пиная и т.п. Подобные объекты под нашим влиянием будут далее под воздействием гравитации кататься, передвигаться и сталкиваться с другими предметами.

= Какое применение мы можем найти этой функции? =
К примеру, для создания автомобиля, кроме *Rigidbody* нам понадобятся 4 Wheel Collider'а и *код* (*скрипт*), применяющий силовое воздействия к колесам, в зависимости от нажатых клавиш.

= Настраиваемые характеристики =

• *Mass* - Масса нашего объекта в килограммах. Рекомендуется не ставить значения массы в 100 раз больше или меньше масс других *АТТ*.
• *Drag* - Насколько тело подвержено сопротивлению воздуха, когда оно движется под воздействием сил. При значении *0* сопротивления нет, а бесконечное значение мгновенно остановит наш объект.
• Angular Drag - Насколько тело подвержено сопротивлению воздуха, когда оно вращается под воздействием сил. При значении *0* сопротивления нет, а бесконечное значение мгновенно прекратит вращение нашего объекта.
• Use Gravity - При включении, объект становится подвержен влиянию гравитации.
• Is Kinematic - При включении, объект становится не подвержен влиянию физического движка и может изменяться только его функцией *Transform*. Это может быть полезно для создания движущихся платформ, к примеру.
• *Interpolate* - Применяется только в случае, если движения вашего АТТ кажутся вам странными или неуклюжими и т.п.:

1. None: Интерполяция не применяется
2. Interpolate: По-сравнению с трансформацией предыдущего кадра (*фрейма*), следующий будет сглажен.
3. Extrapolate: Трансформация текущего кадра сглаживается, по-сравнению с оценочной (примерной) трансформацией следующего.

• Freeze Rotation - Запрещает любое вращение, как скриптовое, так и при столкновениях. Однако, вращение можно будет выполнять функцией //transform.Rotate()
• Collision Detection - Используется для того, чтобы быстро-движущиеся объекты не проходили сквозь другие объекты, не находя Collision'ов (специальная "сетка" на объектах, которой они сталкиваются друг с другом и с игроком).

1. Discrete: Значение по-умолчанию для того, чтобы наш объект "замечал" все другие объекты, с которыми может столкнуться.
2. Continuous: Используйте Discrete Сollision с динамическими объектами столкновения (у которых имеется *АТТ*), а Continuous Сollision для статических MeshCollider'ов (без *АТТ*). Режим Continuous Dynamic использует Continuous Сollision для одного конкретного *АТТ*. Остальные *АТТ* будут использовать режим _Discrete_. (Это сильно скажется на нагрузке физического движок, просто оставьте _Discrete_, если не возникает проблем со столкновением быстрых объектов)
3. Continuous Dynamic: Используется для объектов в режиме _Continuous_ или Continuous Dynamic Collision. Continuous Сollision также будет использоваться для статических MeshCollider'ов (без *АТТ*). Для всех остальных используется режим _Discrete_. Используется для быстро движущихся объектов.

= Как мы можем использовать эту функцию? =
= Базовые знания.
Чтобы использовать *АТТ*, нам нужен уже созданный игровой объект (*GameObject*), кликнув на нем, мы проходим в меню по следующему пути: Components - Physics - Rigidbody. Все, *АТТ* добавлено! :)
Теперь объект подвержен гравитации, к нему можно применять силы с помощью скриптов, но для того, чтобы объект вел себя именно так, как вам нужно, следует добавить *Collider* или *Joint*.

= Код правит миром.
В скрипте манипулировать нашим объектом теперь мы будем с помощью функций AddForce() и AddTorque().
Так как я в *Unity* применяю *JavaScript*, мои примеры будут с ним, ссылки на другие примеры скриптинга (на C# или *Boo*) вы найдете ниже, в пункте Дополнительная информаия по АТТ.

// Rigidbody.AddForce использует 2 типа формул, как и многие другие функции, связанные с перемещениями в пространстве.
// 1 тип: function AddForce (force : Vector3, mode : ForceMode = ForceMode.Force) : void 
// Сила, подбрасывающая объект вверх, относительно глобальной системы координат.

function FixedUpdate ()
{
	rigidbody.AddForce (Vector3.up * 10);
}

// Используется Vector3 - встроенная функция Unity, которая, в принципе, аналогична стандартной системе координат.
// 2 тип: function AddForce (x : float, y : float, z : float, mode : ForceMode = ForceMode.Force) : void
// То же самое, но тут используется X-Y-Z система координат.

function FixedUpdate ()
{
	rigidbody.AddForce (0, 10, 0);
}

// Функция раскручивает объект вокруг заданной оси.
// 1 тип: function AddTorque (torque : Vector3, mode : ForceMode = ForceMode.Force) : void
// Раскручивает АТТ вокруг глобальной оси Y.

function FixedUpdate ()
{
	rigidbody.AddTorque (Vector3.up * 10);
}

// 2 тип: function AddTorque (x : float, y : float, z : float, mode : ForceMode = ForceMode.Force) : void
// Делает то же самое, но снова в другой системе измерения.

function FixedUpdate ()
{
	rigidbody.AddTorque (0, 10, 0);
}

= АТТ взаимодействует с объектами.
Для правильной работы наших *АТТ* их нужно снабдить Collider'ами (или Collision'ами, как вам будет угодно ^.^).
Подробно о коллайдерах читайте ниже.

= Размер имеет значение!
Соблюдайте размеры вашего объекта, ведь они гораздо более значимы даже массы *АТТ*. Если ваш объект движется неправильно, висит в воздухе или не сталкивается, попробуйте настроить его величину (не *АТТ*, а самого объекта). При импортировании модели из 3D редактора ее размеры сохраняются, так что будьте внимательны на стадии моделирования и соблюдайте размеры всех моделей.

= Дополнительная информация по АТТ =
На этом, описывать *АТТ* или *Rigidbody*, я, пожалуй, закончу. Однако, есть пара подсказок, специально для тех, кто до сюда долистал :)

1. Стандартный размер куба в *Unity* равен 1 метру, поэтому, проверять размер ваших моделей по нему очень удобно. Чтобы создать куб, выберите в меню GameObject - Create Other - Cube
2. Относительный показатель *Mass* определяет, как два объекта будут взаимодействовать друг с другом.
3. *Mass* не влияет на скорость падения с высоты, для этих целей используйте *Drag*.
4. Чем выше значения *Drag*, тем больше весит предмет. стандартные значения варьируются от 0.001 (твердый кусок металла) до 10 (перышко).
5. Если вам нужно изменять объект как с помощью скриптов, так и с помощью физики, добавьте к нему *АТТ* с параметром *Kinematic*.

-

Colliders
=
= Что это такое? =
В предыдущем разделе мы рассмотрели принцип работы *Rigidbody* и упомянули так называемые *коллайдеры*. *Коллайдер* для нас - вспомогательный объект в виде сетки простой примитивной или, наоборот, сложной формы, который находится вокруг нашей модели или части модели и взаимодействует с другими объектами, если те тоже окружены коллайдерами.
Чтобы наглядно объяснить знатокам редактора мира *Warcraft 3*, представьте себе импортированную нами модель, которой мы в редакторе дудадов не присвоили текстуры путей - это будет наш объект; а роль коллайдеров тут будут играть блокираторы пути вокруг модели. Естественно, это довольно грубое сравнение, ведь в *Unity* они гораздо более функциональны. Что-ж, рассмотрим поподробнее.

= Виды коллайдеров. =
Коллайдеры добавляются через меню Component - Physics. Есть несколько видов:

• Box Collider - в форме куба.
• Sphere Collider - в форме сферы.
• Capsule Collider - в форме капсулы.
• Mesh Collider - автоматически создает коллайдер по форме сетки объекта, не может сталкиваться с другими коллайдерами этого же типа. В основном используется для статических объектов, например, окружение гоночной трассы.
• Wheel Collider - используется для колес, очень полезная вещь.
• Compound Collider - комбинации примитивов, которые вместе действуют как один. Чтобы создать такой сложный коллайдер нужно к нашему базовому коллайдеру добавить дочерние объекты, а к ним уже привязать по примитиву. Таким образом, к примеру, очень удобно делаются простенькие коллайдеры для машин.

= Настраиваемые характеристики =
В принципе, все коллайдеры похожи друг на друга, просто используются для объектов разных форм, однако у них есть несколько разных параметров.

• *Куб*

* *Material* - Показывает, как коллайдер взаимодействует с остальными объектами, при этом присваивая физический материал, например, металл, лед и т.п.
* Is Trigger - Если параметр включен, то на объект воздействует скрипт, а не физика.
* *Size* - Размер коллайдера по осям X-Y-Z.
* *Center* - Положение коллайдера, относительно локальных координат объекта.

• *Сфера*

* *Radius* - Радиус сферы, заменяет параметр *Size*.
* Остальные параметры без изменений.

• *Капсула* (параметры заменяют размер)

* *Radius* - Толщина капсулы.
* *Height* - Высота цилиндрической части коллайдера (без скругленных оснований).
* *Direction* - Направление коллайдера, относительно локальных координат объекта.

• Mesh Collider (параметры заменяют размер)

* *Mesh* - Выбор нужного меша для создания коллайдера.
* Smooth Sphere Collisions - Включение этой функции сглаживает поверхность коллайдера. Использовать следует на гладких поверхностях, к примеру, наклонный ландшафт без лишней углоатости, по которому должны скатываться сферы.
* *Convex* - При включении позволяет нашему коллайдеру сталкиваться с другими такими же. Convex Mesh Collider'ы ограничены до 255 трианглов.

• Wheel Collider (параметры заменяют размер)

* *Radius* - Радиус колеса.
* Suspension Distance - Максимальная дистания увеличения подвески колеса. Подвеска всегда увеличивается вниз по локальной оси *Y*.
* Suspension Spring - Подвеска пытается достигнуть указанной точки, используя различные силы.

1. Spring: Пытается достигнуть указанной точки (позиции). Чем выше параметр, тем быстрее она достигается.
2. Damper: Смягчает, замедляет скорость движения подвески. Чем выше значение, тем медленнее двигается амортизатор.
3. Target Position: Полный "путь", который может "пройти" подвеска. *0* означает полностью расправленный амортизатор, а *1* - полностью сжатый. Значением по-умолчанию является 0, что соответствует обычной автомобильной подвеске..

* *Mass* - Масса колеса.
* Forward/Sideways Friction - Параметры трения при простом качении колеса и при качении боком (такое бывает в заносах или при дрифте).