Unity基础-碰撞检测

八、碰撞检测

概述

射线检测是Unity物理系统中的一种重要机制，它可以在指定点发射一个指定方向的射线，用于判断该射线与哪些碰撞器相交，并获取对应的对象信息。它主要用于解决以下问题：

鼠标选择场景上的物体：例如点击一个物体，获取其信息。
FPS射击游戏：实现无弹道射击（不产生实际的子弹对象进行移动），判断子弹的命中。
判断一条线与物体的碰撞情况：例如激光、探照灯等。

与碰撞检测（需要刚体和碰撞器）和范围检测（只需要碰撞器，瞬时判断一个区域）不同，射线检测更侧重于对“线”与物体相交的判断。

1. 射线对象 (Ray)

在Unity中，Ray 是一个结构体，用于表示3D世界中的一条无限长的射线。它由一个起点（origin）和一个方向（direction）组成。

注意：

Ray 的第二个参数 direction 是一个方向向量，而不是终点。它代表了射线的方向，而不是由两个点确定的线段。

// 1. 在3D世界中定义一条射线
// 假设定义一条起点为世界坐标(1,0,0)，方向为世界坐标Z轴正方向的射线
Ray r = new Ray(Vector3.right, Vector3.forward);// 访问Ray的参数：
print(r.origin);   // 输出射线的起点
print(r.direction); // 输出射线的方向向量

// 2. 从摄像机发射出的射线
// 得到一条从屏幕位置作为起点，摄像机视口方向为方向的射线
// 这在处理鼠标点击或触摸屏幕与3D世界交互时非常常用
Ray screenRay = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);

2. 射线碰撞检测函数 (Physics.Raycast)

Physics 类提供了多种静态函数用于进行射线检测。它们有很多种重载类型，可以根据需求选择合适的。

注意：

射线检测也是瞬时的，只在执行代码时进行一次检测。

2.1 检测是否有碰撞 (返回 bool)

这是最原始的射线检测方式，只判断射线是否碰撞到对象，返回 true 或 false。

Physics.Raycast(ray, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction)
- ray：要发射的射线对象（Ray 类型）。
- maxDistance：射线检测的最大距离。超出这个距离将不检测。如果设置为 Mathf.Infinity 或不填，则检测无限远。
- layerMask：可选参数，要检测的层级（int）。如果不填，则检测所有层。详情参考本文件的“层级 (LayerMask)”部分。
- queryTriggerInteraction：可选参数，用于指定是否检测触发器（Trigger Collider）。
  - QueryTriggerInteraction.UseGlobal：使用项目物理设置中的全局设置。
  - QueryTriggerInteraction.Collide：检测触发器。
  - QueryTriggerInteraction.Ignore：忽略触发器。
- 返回值：bool，当碰撞到对象时返回 true，没有碰撞到则返回 false。
Physics.Raycast(origin, direction, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction)
- 此重载版本不需要预先创建 Ray 对象，直接传入射线的起点和方向向量。功能与上述相同。

示例代码：

// 准备一条射线
Ray myRay = new Ray(Vector3.zero, Vector3.forward);// 进行射线检测，判断是否碰撞到"Monster"层上的对象，最大检测距离1000
if (Physics.Raycast(myRay, 1000, 1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), QueryTriggerInteraction.UseGlobal))
{Debug.Log("射线碰撞到了Monster层上的物体！");
}// 或者直接传入起点和方向进行检测
if (Physics.Raycast(Vector3.one, Vector3.forward, 1000, 1 << LayerMask.NameToLayer("Monster"), QueryTriggerInteraction.UseGlobal))
{Debug.Log("从Vector3.one发出的射线碰撞到了Monster层上的物体！");
}

2.2 获取相交的单个物体信息 (返回 bool 并通过 out RaycastHit)

此方法在检测到碰撞的同时，会通过一个 out RaycastHit 参数返回碰撞的详细信息。RaycastHit 是一个结构体（值类型）。

Physics.Raycast(ray, out hitInfo, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction)
- hitInfo：RaycastHit 类型的输出参数。Unity会在函数内部处理后，将碰撞数据填充到这个参数中。
- 其他参数与2.1节相同。
- 返回值：bool，当碰撞到对象时返回 true，并填充 hitInfo；否则返回 false。

示例代码：

RaycastHit hitInfo; // 声明一个RaycastHit变量用于存储碰撞信息
Ray r1 = new Ray(transform.position, Vector3.forward);// 检测射线是否碰撞到"Default"层上的物体，并获取碰撞信息
if(Physics.Raycast(r1, out hitInfo, 10, 1 << LayerMask.NameToLayer("Default")))
{Debug.Log("碰到物体：" + hitInfo.collider.gameObject.name);Debug.Log("碰撞到的世界坐标点：" + hitInfo.point);Debug.Log("碰撞点处的法线信息：" + hitInfo.normal);Debug.Log("碰撞到的物体Transform位置：" + hitInfo.transform.position);Debug.Log("射线起点到碰撞点的距离：" + hitInfo.distance);
}
else
{Debug.Log("未检测到物体。");
}

2.3 获取相交的多个物体信息 (Physics.RaycastAll)

用于获取射线路径上所有碰撞到的对象。如果没有碰撞到任何对象，则返回一个容量为0的数组。

Physics.RaycastAll(ray, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction)
- 参数与2.1节相同。
- 返回值：RaycastHit[] 数组，包含所有碰撞到的对象的 RaycastHit 信息。
Physics.RaycastNonAlloc(ray, results, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction)
- 非分配式版本，需要传入一个预先分配好的 RaycastHit[] 数组来存储结果，推荐在频繁调用时使用，以减少GC。

示例代码：

Ray r2 = new Ray(transform.position, Vector3.forward);// 获取射线检测上的所有碰撞体
RaycastHit[] allHits = Physics.RaycastAll(r2, 10, 1 << LayerMask.NameToLayer("Default"));if (allHits.Length > 0)
{Debug.Log($"射线检测到了 {allHits.Length} 个物体：");foreach (RaycastHit hit in allHits){Debug.Log($"  - 物体名字：{hit.collider.gameObject.name}, 碰撞点：{hit.point}");}
}
else
{Debug.Log("射线未检测到任何物体。");
}// 使用 RaycastNonAlloc 示例
RaycastHit[] nonAllocHits = new RaycastHit[10]; // 预分配数组
int numHits = Physics.RaycastNonAlloc(r2, nonAllocHits, 10, 1 << LayerMask.NameToLayer("Default"));if (numHits > 0)
{Debug.Log($"RaycastNonAlloc 检测到了 {numHits} 个物体：");for (int i = 0; i < numHits; i++){Debug.Log($"  - 物体名字：{nonAllocHits[i].collider.gameObject.name}, 碰撞点：{nonAllocHits[i].point}");}
}

3. RaycastHit 中的常用成员

RaycastHit 结构体包含了关于射线碰撞的详细信息，通过这些信息，我们可以得到物体的位置、方向等，进行后续逻辑处理。

hitInfo.transform：碰撞到的对象的 Transform 信息。可以通过它获取到碰撞对象的旋转、缩放等。
hitInfo.collider：碰撞到的对象的 Collider 组件信息。
hitInfo.point：射线与碰撞体表面相交的世界坐标点。这是最常用的信息之一，常用于实例化特效或放置物体。
hitInfo.normal：碰撞到的点处的法线信息（世界坐标系）。法线是一个垂直于碰撞表面的向量，常用于确定实例化对象的朝向，使其与表面对齐。
hitInfo.distance：射线起点到碰撞点的距离。

4. 注意事项

参数顺序：在 Physics.Raycast 的一些重载中，距离参数和层级（layerMask）参数都是 int 类型。请务必注意它们的顺序，距离参数通常在层级参数之前。不可只传层级而不传距离，否则可能导致参数错位或默认值问题。
out 关键字：当需要获取 RaycastHit 信息时，务必在 RaycastHit 变量前加上 out 关键字。
层级设置：射线检测只会与具有碰撞器且在指定 layerMask 范围内的对象发生碰撞。
调试可视化：使用 Debug.DrawRay 可以方便地在 Scene 视图中可视化你发射的射线，有助于调试碰撞问题。

5. 实际应用示例：鼠标交互实现子弹特效、弹孔生成与物体拖动

这个示例提供一个脚本 Lea43.cs，用于实现鼠标点击场景中的墙壁生成子弹特效和弹孔，以及点击并拖动场景中的立方体的功能。

习题要求：

子弹特效与弹孔生成：请实现鼠标点击场景上一面墙，在点击的位置创建子弹特效和弹孔。
物体拖动与选中：场景上有一个平面和一个立方体。当鼠标点击选中立方体时，长按鼠标左键可以拖动立方体在平面上移动。点击鼠标右键取消选中。

核心思想：

射线检测：将鼠标屏幕坐标转换为世界空间射线，用于检测与场景中物体的碰撞。
层级（LayerMask）过滤：精确控制射线只检测特定层级（如 Wall、Player、Ground）的物体，避免不必要的检测和逻辑混淆。
物体实例化：在检测到碰撞点后，实例化预设体（如子弹特效、弹孔）。
对象拖动逻辑：通过记录当前选中的对象，并在鼠标按住时持续更新其位置到射线检测到的地面点。

代码实现 (Lea43.cs)

点击展开/折叠 Lea43.cs 代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public class Lea43 : MonoBehaviour
{RaycastHit raycastHit; // 用于存储射线检测结果的信息GameObject nowObj;     // 用于存储当前被鼠标选中的可拖动对象void Update(){// === 功能2: 立方体选中与拖动 ===// 鼠标左键按下（只在按下的第一帧触发）：尝试选中"Player"层上的对象或触发子弹特效if(Input.GetMouseButtonDown(0)){// 首先尝试射线检测"Player"层，看是否选中了可拖动的立方体if(Physics.Raycast(Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition), out raycastHit, 100, 1<<LayerMask.NameToLayer("Player"))){nowObj = raycastHit.collider.gameObject; // 选中射线击中的Player层对象Debug.Log("选中物体: " + nowObj.name); // 打印选中信息，用于调试}// 如果没有选中"Player"物体（即nowObj仍然为null），则尝试在"Wall"层上创建子弹特效else if (nowObj == null) {// === 功能1: 在墙上创建子弹特效和弹孔 ===// 射线检测"Wall"层，获取碰撞信息if(Physics.Raycast(Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition), out raycastHit, 100, 1<<LayerMask.NameToLayer("Wall"))){// 实例化子弹特效（假定Resources/BulletEffect预制体已存在）GameObject bulletEffect = Instantiate(Resources.Load<GameObject>("BulletEffect"));bulletEffect.transform.position = raycastHit.point; // 设置特效位置为射线碰撞点// 使特效面朝墙的法线方向，看起来像是从墙里射出的bulletEffect.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(raycastHit.normal);// 实例化弹孔（假定Resources/BulletHole预制体已存在）GameObject bulletHole = Instantiate(Resources.Load<GameObject>("BulletHole"));// 弹孔位置稍微沿法线方向偏移一点，避免Z-fighting（与墙面重叠闪烁）bulletHole.transform.position = raycastHit.point + raycastHit.normal * 0.01f;// 使弹孔面朝墙的法线方向bulletHole.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(raycastHit.normal);Debug.Log("在墙上创建了子弹特效和弹孔！"); // 打印信息，用于调试}}}// 鼠标左键按住（每帧触发）：如果当前有选中的对象，则拖动它在"Ground"层上移动if(Input.GetMouseButton(0) && nowObj != null){// 射线检测"Ground"层，获取碰撞信息if(Physics.Raycast(Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition), out raycastHit, 100, 1<<LayerMask.NameToLayer("Ground"))){// 更新选中对象的位置为射线在地面上的碰撞点nowObj.transform.position = raycastHit.point;}}// 鼠标右键按下（只在按下的第一帧触发）：取消选中对象if(Input.GetMouseButtonDown(1)){if (nowObj != null){Debug.Log("取消选中物体: " + nowObj.name); // 打印取消选中信息nowObj = null; // 将选中对象设为null，取消选中状态}}}
}