Unity - 射线检测
本文简要分析了Unity中各类 射线检测 的基本原理及用法，及不同检测手段的性能对比。内容包括：
- Ray 射线
- RaycastHit 光线投射碰撞信息
- Raycast 光线投射
- BoxCast/SphereCast/CapsuleCast 体投射
- OverlapBox/OverlapSphere/OverlapCapsule 相交体
- OverlapBoxNonAlloc/OverlapSphereNonAlloc/OverlapCapsuleNonAlloc 无GC相交体
- 常用射线Debug方法
- GC消耗分析
博客园：Unity - Raycast
项目地址：Raycast - SouthBegonia
Ray 射线
- 含义：官方解释为一条无穷的线，开始于origin点，朝向direction方向（但是，根据项目验证来看其默认长度为单位向量，只有对direction进行乘以倍率，才可实现延长射线，而非无穷）
- 用法：
Ray ray = new Ray(transform.position,transform.forward)：从物体中心创建一条指向前方的射线rayRay camerRay = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition)：产生一条从摄像机产生、经过屏幕上光标的射线。当相机为perspective模式，射线在相机梯形视野内发散；若为orthoGraphic，则为垂直与相机面的直线段（见上图）
RaycastHit 光线投射碰撞信息
- 含义：取得从Raycast函数中得到的碰撞信息（注意不是collider哈，是包含collider信息）
- 关键变量：point、collider、rigidbody、transform
检测方法 - 线型检测
Physics.Raycast 光线投射
- 功能：在已有一条射线（也可无）的基础上，使用射线（新建射线）进行一定距离内的定向检测。可修改射线长度，限制其检测的Layer层，并且可以得到射线检测到的碰撞信息。但仅能检测到第一个被射线碰撞的物体，后面的物体无法被检测到
- 用法：
Raycast(transform.position, Vector.forward, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))： 从物体中心点起，朝向Vector3.forward方向发射一条射线，该射线长度为distance，射线可检测到的层为Enemy层，返回bool类型Raycast(transform.position, Vector.forward, distance, out RaycastHitInformation ,LayerMask.GetMask("Enemy")）：从物体中心点起，朝向Vector3.forward方向发射一条射线，该射线长度为distance，将碰撞信息反馈到RaycastHitInformation上，射线可检测到的层为Enemy层，返回bool类型Raycast (MyRay, distance, LayerMash.GetMask("Enemy"))：从已有的射线MyRay出发，长度延伸至distance，射线可检测到的层为Enemy层，返回bool类型Raycast (MyRay, out RaycastHitInformation, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- 适用场合：配合相机坐标转换实现各类交互
Physics.RaycastAll 所有光线投射
- 功能：机理用法大致同Raycast，区别在于可检测射线路径上的所有物体，返回RaycastHit[] 。其他带All后缀的方法也同理
- 用法：
RaycastHit[] hits = RaycastAll(Vector3.zero, Vector.forward, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))RaycastHit[] hits = RaycastAll(MyRay, distance, LayerMash.GetMask("Enemy"))
- 适用场合：穿透性检测
Physics.Linecast 线段投射
- 功能：建立某两点之间的射线进行检测，返回bool类型
- 用法：
Linecast(startPos, endPos, LayerMask.GetMask("Enemy"))Linecast(startPos, endPos, out RaycastHit, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- 适用场合：特定地点局部距离射线检测
检测方法 - 体型检测
Physics.XXXCast 体投射
- BoxCast 立方体投射：
- 功能：检测范围是正立方，返回bool。但是该投射用法需要万分小心，见下
- 用法：
BoxCast(originPos, halfExtents, direction, out RaycastHit, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))：含义是在originPos点创建半径halfBoxLength的立方体（Vector3型，代表为正立方体在三个方向上的大小，一般用localScale/2）；以朝向direction方向的平面为起始面（另一面舍弃），移动distance距离，期间经过的区域即为检测区域。（见下补充分析） - 适用场合：检测目的地是否可抵达，从而判断可移动性
- SphereCast 球体投射：
- 功能：扩展检测范围为球形，返回bool类型。
- 用法：
SphereCast(originPos, radius, direction, out RaycastHit, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))：含义是在originPos点创建半径为radius的球体；以朝向direction方向的球面为起始面（另一面舍弃），移动distance距离，期间半球面经过的区域即为检测区域。那么originPos到originPos+radius内的半球区域呢？答案是舍弃，用官方的话来说，是边界而不是包围体 。(立体结构：以左右球球心为轴线，建立半径为radius、高为distance的圆柱体，左球挖去右半体积，右球添加右半体积）SphereCast (Ray, radius, out RaycastHit, distance, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- CapsuleCast 胶囊体投射：
- 功能：检测范围是胶囊体，返回bool
- 用法：
Physics.CapsuleCast(pos1, pos2, radius, direction, out RaycastHit, maxDistance, LayerMask.GetMask("Anchor"))：机理和SphereCast类似，在pos1、pos2两点创建半径为0.5f的球体，以此作为胶囊体模型两端；以朝向direction方向的半胶囊体面为起始面，移动maxDistance距离，期间该面经过的区域即为检测区域。（注：maxDistance和上面的distance必须非0否则无用） - 项目示例：见下图，pos1、pos2均为胶囊体两球坐标，视角右侧为forward，移动距离为0.1f，从实验结果我们不仅可以直观感受maxDistance的含义，更印证上面所说的 是边界不是包围体 ，代码：
Physics.CapsuleCast(pos1, pos2, 0.5f, Vector3.forward, out RaycastHit, 0.1f, LayerMask.GetMask("Anchor"))
- XXXCastAll 穿透投射：
- 功能：上述三种投射都只返回bool，只能检测单个物体，但是All方法的可检测射线上的所有物体，返回 RaycastHit[]，产生GC极多
Physics.OverlapXXX 相交体
- OverlapBox 相交盒：
- 功能：检测与正立方体接触、重叠、或者处于其内的所有collider
- 用法：
Collider[] hits = OverlapBox(Pos, halfExtents, Quaternion.identity, LayerMask.GetMask("Enemy"))：以Pos点为中心创建三维半径halfExtents的正立方体，不对其进行旋转，检测层为Enemy - 适用场合：检测挂载物体范围内是否存在碰撞，常用方法
- OverlapSphere 相交球：
- 功能：检测与球体接触、重叠、或者处于其内的所有collider，即包围体。但注意，自身collider也会被检测到（下列Overlap方法都是）
- 用法：
Collider[] hits = Physics.OverlapSphere(Pos, radius, LayerMask.GetMask("Enemy"))：以Pos为原点，创建半径为radius的球形，检测区域为整个球形包围体（实心），检测Enemy层上的物体，返回所有碰撞物体的collider而不是RaycastHit（注意：存在于球内部的物体也会被检测到）
- OverlapCapsule 相交胶囊体：
- 功能：检测与胶囊体接触、重叠、或者处于其内的所有collider
- 用法：
Collider[] hits = OverlapCapsule(pos1, pos2, radius, LayerMask.GetMask("Enemy"))：在pos1、pos2两点创建半径为radius的球体，加上中间部分组成胶囊体，检测Enemy层
Physics.OverlapXXXNonAlloc 无GC相交体
- OverlapBoxNonAlloc 无GC相交盒：
- 功能：实现OverlapBox的所有功能，但是另传递进colliders[] ，返回相交物体数量，从而杜绝GC的产生
- 用法：
CollAmount = Physics.OverlapBoxNonAlloc(Pos, halfExtents, colliders, Quaternion.identity, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- OverlapSphereNonAlloc 无GC相交球：
- 功能：参考上面
- 用法：
CollAmount = OverlapSphereNonAlloc(Pos, radius, colliders, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- OverlapCapsuleNonAlloc 无GC相交胶囊体：
- 功能：参考上面
- 用法：
CollAmount = OverlapCapsuleNonAlloc(pos1, pos2, radius, colliders, LayerMask.GetMask("Enemy"))
Physics.CheckXXX 检验体
- CheckBox 检验盒：
- 功能：创建检测盒，检测是否被碰撞。较比与上面的检测方法，该类方法特点在于检验是否发生了碰撞，而不是取得碰撞体信息，效率最高。注此方法同样也会检验自身collider
- 用法：
IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckBox(transform.position, transform.localScale / 2, Quaternion.identity, LayerMask.GetMask("Enemy"))：在物体中心创建检验盒，一定大小，不旋转，检测Enemy层，若有检测到碰撞则返回True
- CheckSphere 检验球：
- 功能：参考上面
- 用法：
IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckSphere(transform.position, radius, LayerMask.GetMask("Enemy"))
- CheckCapsule 检验胶囊体：
- 功能：参考上面
- 用法：
IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckCapsule(pos1, pos2，radius, LayerMask.GetMask("Enemy"))
Physics.IgnoreCollision 忽略碰撞
- 功能：屏蔽两个collider的碰撞，第三个参数为bool
- 用法：
IgnoreCollision (collider1, collider2, ignore)
DEBUG手段
- 绘制线段：
DrawLine(startPos, endPos, color)：绘制一条从startPos到endPos点、颜色为color的线段
- 绘制射线：
DrawRay(startPos, direction, color)：绘制一条从startPos出发，指向direction的、颜色color的射线（默认长度为单位向量，再乘以倍率即可边长；在下一次绘制才会覆盖上一次的射线）Debug.DrawRay(startPos , direction, color, duration)：同理绘制一定方向射线，但射线持续时间为duration ：
- Gimos.DrawXXX方法：
void OnDrawGizmos() { Gizmos.DrawCube(transform.position, transform.localScale );}
GC开销问题
从上面对几种检测方法的分析及对比其返回值不难发现，不同方法产生GC情况相差甚远，因此在工程项目上应该慎重使用。此处引用网友 HONT的测试作为GC情况参考：
- 同方法下不同模型GC开销：Box < Sphere < Capsule
- 同模型下不同方法GC开销：CheckXXX < OverlapXXX < XXXCast
