Unity3d 赛车车辆各类性能算法---总结（转）

致力于赛车性能算法已有多时，在确定赛车最终版本之时，做下总结。
文章还是不会非常详尽，点到为指，不想太多利用工作时间。

在制作前，必须先了解真实车辆的原理：
车辆分前轮驱动，后轮驱动和四驱动。动力由引擎提供，反应的力到轮胎上，因此产生转数，即RPM。
引擎的功率可以由RPM得到公式为 : RPM = 引擎功率×60/2×pi ， 这些都是模拟，只为了更好的为下面的动作服务。还有大众关心的“漂移” ，所谓 漂移就是，在后驱车辆中，前轮方向旋转大角度，地面给于一定向心力，同时后轮又给予更多动力，导致“漂移”动作。

基于上面原理，就更容易理解下面的文章。 

我先说明，有非常多种方法来开发一款赛车。本人赛车版本经过无数多种方法，无数次改版后最终选了个大众接受的。这些方法，容我一个个道来。

首先，你要明白，车辆不可能整个套一个外壳，原因是在接触地面时，对车辆所使的力不可能达到你预期的目标，引起，必须在车辆轮胎以上做外壳碰撞，轮胎以下就需要有力来支持它始终保持不掉下来。

Unity3d里有个很神奇的东西 叫WheelCollider ， 它是专门模拟轮胎支持力和轮胎转数，以及轮胎横向力，前进力，以及 悬架避震系统。
这个东西非常方便，只要你把这个东西套在4个轮胎上，调试下他的forwardFriction 和 sidewaysFriction
达到你想要的效果，然后对驱动轮的motorTorque进行赋值，你的车辆就能动了。
记得你需要无数次调试 前进摩擦力和横向摩擦力 。 至于悬架系统在你需要时也可以改变其值。还有，这两个摩擦力，是一个由低到高，再由高到稳定的一条曲线。

这个WheelCollider非常好用，曾一度沉迷于此。但后来发现，他有很多不合理的地方。想要得到最好的效果，还是抛弃了他。

为了支持车辆的碰撞外壳不接触地面，必须写一个悬架动态支持力，在4个轮胎位置，支持整辆车悬浮于地面之上。
关于这个悬架动态支持力在这奉献下：

void SuspensionHoldForce()
{
     float fullCompressionSpringForce = this.rigidbody.mass * 0.25f * 2.0f * -Physics.gravity.y;
     this.OnGround = true;

     foreach( GameObject item in FwheelModels )
    {
         RaycastHit hit;
         bool onGround = Physics.Raycast( item.transform.parent.position , -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up), out hit, this.suspensionTravel + this.radius);

         if (onGround && hit.collider.isTrigger)
        {
            onGround = false;
            float dist = this.suspensionTravel + this.radius;
            RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll( item.transform.parent.position , -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up) , this.suspensionTravel + this.radius );
            foreach(RaycastHit test in hits)
           {
                if (!test.collider.isTrigger && test.distance <= dist)
               {
                     hit = test;
                     onGround = true;
                     dist = test.distance;
               }
           }
        }

        if( onGround )
        {
             Vector3 wheelVelo = this.rigidbody.GetPointVelocity (item.transform.parent.position);
             Vector3 localVelo = transform.InverseTransformDirection (wheelVelo);
             Vector3 groundNormal = transform.InverseTransformDirection (hit.normal);
             float damperForce = Vector3.Dot(localVelo, groundNormal) * 5000f;
             float compression = 1.0f - ((hit.distance - radius) / suspensionTravel);
             Vector3 springForce = ( fullCompressionSpringForce*compression - damperForce ) * item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up);

             springForce.z = springForce.x = 0f;

             this.rigidbody.AddForceAtPosition( springForce , item.transform.parent.position );

         }
         else
        {
            this.OnGround = false;
        }
    }

    foreach( GameObject item in BwheelModels )
    {
         RaycastHit hit;
         bool onGround = Physics.Raycast(  item.transform.parent.position, -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up), out hit, this.suspensionTravel + this.radius);

         if (onGround && hit.collider.isTrigger)
         {
               onGround = false;
               float dist = this.suspensionTravel + this.radius;
               RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll( item.transform.parent.position, -item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up) , this.suspensionTravel + this.radius );
               foreach(RaycastHit test in hits)
               {
                     if (!test.collider.isTrigger && test.distance <= dist)
                     {
                           hit = test;
                           onGround = true;
                           dist = test.distance;
                      }
                }
           }

           if( onGround )
          {
                Vector3 wheelVelo = this.rigidbody.GetPointVelocity (item.transform.parent.position);
                Vector3 localVelo = transform.InverseTransformDirection (wheelVelo);
                Vector3 groundNormal = transform.InverseTransformDirection (hit.normal);
                float damperForce = Vector3.Dot(localVelo, groundNormal) * 5000f;
                float compression = 1.0f - ( ( hit.distance - radius ) / suspensionTravel );
                Vector3 springForce = ( fullCompressionSpringForce*compression - damperForce ) * item.transform.parent.InverseTransformDirection(Vector3.up);
                springForce.z = springForce.x = 0f;
                this.rigidbody.AddForceAtPosition( springForce , item.transform.parent.position );
          }
          else
         {
               this.OnGround = false;
          }
     }
}

那么在完成悬架支撑后，就该设计车辆动力了。
这里也有2种方法：一个方向是真实车辆行驶轨迹，另一个是模拟型车辆轨迹。
前者的方法是 ， 将动力点放在车辆驱动轮上，例如后轮。用rigidbody的AddForceAtPosition可以做到，前轮只需要提供横向力就可以实现转弯的轨迹。但别看说说这么容易，这里面还涉及非常多的数值和曲线问题。在提供车辆动力时，你需要一条曲线，以致车辆不会匀加速，因为这样很不真实，还有在前轮横向力中，你必需是条由0到最高点，然后下降到平衡点的曲线。这样你的赛车才显得更真实。这些都需要用到几个数学知识。
后者，是用算法来模拟的一种车辆轨迹。这个算法所有作用力作用在车辆的中心点。
转弯轨迹，我是用转弯半径来表示，使得车辆在转弯时有相当的真实性，必须改变车辆转弯速度。当然，用到了些数学知识。代码奉献下：

#region 计算转弯角度
void Steering( bool canSteer , Vector3 relativeVelocity )
{
     if( canSteer && this.OnGround )
    {
          if( this.shiftthrottle == 1 )
         {
              this.transform.RotateAround( this.transform.TransformPoint( ( this.FwheelModels[0].transform.localPosition + this.FwheelModels[1].transform.localPosition) * 0.5f ) , this.transform.up , this.rigidbody.velocity.magnitude *2f* this.steeringInput * Time.deltaTime * 2f );
              //~ this.rigidbody.AddForceAtPosition( this.FwheelModels[0].transform.TransformDirection(Vector3.right*this.steeringInput) * 3f * this.rigidbody.mass, this.FwheelModels[0].transform.position);
             //~ this.rigidbody.AddForceAtPosition( this.FwheelModels[1].transform.TransformDirection(Vector3.right*this.steeringInput) * 3f * this.rigidbody.mass, this.FwheelModels[1].transform.position);
             return ;
         }

        if( this.throttle * this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z < 0 )
             return ;

       float turnRadius = 3.0f / Mathf.Sin( (90f - this.steering) * Mathf.Deg2Rad );
       float minMaxTurn = EvaluateSpeedToTurn(this.rigidbody.velocity.magnitude);
       float turnSpeed = Mathf.Clamp(relativeVelocity.z / turnRadius, -minMaxTurn / 10, minMaxTurn / 10);
       this.transform.RotateAround( this.transform.position + this.transform.right * turnRadius * this.steeringInput , transform.up , turnSpeed * Mathf.Rad2Deg * Time.deltaTime * this.steeringInput );

       //~ Vector3 debugStartPoint = transform.position + transform.right * turnRadius * this.steeringInput;
       //~ Vector3 debugEndPoint = debugStartPoint + Vector3.up * 5f;

       //~ Debug.DrawLine(debugStartPoint, debugEndPoint, Color.red);
    }
}

float EvaluateSpeedToTurn( float speed )
{
     if(speed > this.topSpeed / 2)
         return minimumTurn;
     float speedIndex = 1 - ( speed / ( this.topSpeed / 2 ) );
     return minimumTurn + speedIndex * (maximumTurn - minimumTurn);
}
#endregion

这个模拟车辆轨迹，不能达到漂移的性能，但我加了一个滑动比例计算的算法，用车辆横向移动速度，和前进速度，的比例来确定，该车辆是否处于漂移状态，如处于，则启动漂移滑动程序。当然，我的赛车是很自然的，不做做。至于轮胎痕迹，就是判断是否触底后，在该点生成轮胎痕迹gameobject，如此而已。

最后，再介绍下，所有车辆都需要模拟的，行驶时，轮胎随速度旋转这个关系到车辆看起来真实性的东西。其实非常简单。不多说，发代码：

#region 轮胎滚动与旋转模拟
void WheelRoll()
{
      float averageAngularVelo = ( this.rigidbody.GetPointVelocity(this.BwheelModels[0].transform.parent.position).magnitude + this.rigidbody.GetPointVelocity(this.BwheelModels[0].transform.parent.position).magnitude )/2f;
      float engineAngularVelo = averageAngularVelo * 3f;

      float rpm = engineAngularVelo * (60.0f/(2*Mathf.PI)) * (this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z > 0f ? 1f : -1f );

      //~ Debug.Log(this.transform.InverseTransformDirection(this.rigidbody.velocity).z);

      FwheelModels[0].transform.rotation = FwheelModels[0].transform.parent.rotation *     Quaternion.Euler (RotationValue, this.steering , 0);//旋转
      FwheelModels[1].transform.rotation = FwheelModels[1].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, this.steering , 0);//旋转

      BwheelModels[0].transform.rotation = BwheelModels[0].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, 0, 0);//旋转
      BwheelModels[1].transform.rotation = BwheelModels[1].transform.parent.rotation * Quaternion.Euler (RotationValue, 0, 0);//旋转

      RotationValue += rpm * ( 360f/60f ) * Time.deltaTime;
}
#endregion