基于unity3d的物理赛车驱动系统分享

最近一直在研究unity3d，很强大的一款3d引擎。本篇介绍基于此引擎的一个物理赛车驱动算法。

建模丑了点...

首先，我们需要先弄懂汽车的工作原理。每个汽车的动力来自引擎。引擎动力的量化我们用力矩来表示。引擎通过变速箱把力传给轮子，这样轮子就转了起来，整个汽车就可以动了。

需要注意的有以下几个点：

1，加减档系统。所谓变速箱其实可以抽象为一个数组，每个数表示引擎力与轮子力的线性对应关系。汽车一般为6个档位，那么我们数组的大小也应该是6。

动力来自引擎，通过当前档位计算出轮子的力矩，从而使轮子转动。

另一方面我们捕获轮子的转速，通过当前档位再计算出引擎当前的转速。我们限定了引擎的最大与最小转速，规定：引擎达到最大转速的时候，加档；减速到最小转速的时候，减档。

这样就实现了汽车的自动加减档，当然也可以做成手动的。

2，unity3d的wheelCollider（轮子碰撞器）。我们可以通过给wheelCollider一个力，它就可以自动实现滚动的物理效果，同时，我们可以通过代码捕获它的转速，这恰恰符合我们的要求。

更强大的是，我们可以设置轮子的横向与纵向摩擦力，设置轮子的悬挂系统参数，通过这些设置，可以模拟汽车的避震，漂移等效果。

suspension Spring 悬挂系统；

forwardFriction 轮子的纵向摩擦力（车子前进后退方向的摩擦力）；

sideWays Friction 轮子的横向摩擦力；

Extremun Slip；Extremum Value；Asymptote Slip；Asymptote Value这四个值其实是坐标系上的两个坐标，他们确定了一个滑动距离与摩擦力的关系曲线。

stiffness Factor可以整体调节摩擦曲线的倍数。

3，unity3d的Rigidbody（刚体）。我们可以赋予刚体质量，并且刚体是受重力影响的。车重的不同也会影响汽车的行驶效果！我们一般按真实世界的数值来，例如汽车的mass我们可以设为6000左右（单位为kg），包括模型的尺寸，也最好与真实尺寸一致（单位为米）。这样我们才能获得更真实的物理效果。

 

下面我们分享代码（来源csdn）：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class CarControl : MonoBehaviour {
    
    //操纵前轮，用于转向
    public WheelCollider FrontLeftWheel;
    public WheelCollider FrontRightWheel;
    
    public WheelCollider BackLeftWheel;
    public WheelCollider BackRightWheel;
    
    //齿轮数组
    public float[] GearRatio;
    //当前档位
    public int     CurrentGear=0;
    
    public float EngineTorgue=600.0f;
    public float MaxEngineRPM=3000.0f;
    public float MinEngineRPM=1000.0f;
    private float EngineRPM=0.0f;
    
    // Use this for initialization
    
    void Start () {
        //设置车的重心，使车更稳定        
        Vector3 centerOfMass=rigidbody.centerOfMass;
        centerOfMass.y=-1.5f;
        rigidbody.centerOfMass=centerOfMass;        
    }
    
    // Update is called once per frame
    void Update () {
     //限制车的最大速度，调整阻力可能不是最好的做法。但它很简单，而且不会干扰物理系统的运行。
        rigidbody.drag=rigidbody.velocity.magnitude/250;
     //通过两个轮子的平均rpm，计算引擎rpm，然后切换档位
        EngineRPM=(FrontLeftWheel.rpm+FrontRightWheel.rpm)/2*GearRatio[CurrentGear];
        ShiftGears();
        
        
        //设置换档的声音
        audio.pitch=Mathf.Abs(EngineRPM/MaxEngineRPM)+1.0f;
        if(audio.pitch>2.0)
        {
            audio.pitch=2.0f;
        }
        
        //最后设置轮子转动力矩。引擎力矩除以当前档位，乘以用户输入值。
        //轮子力矩提供一个汽车前进的力。轮子的转动又会提高档位。
        BackLeftWheel.motorTorque=EngineTorgue/GearRatio[CurrentGear]*Input.GetAxis("Vertical");
        BackRightWheel.motorTorque=EngineTorgue/GearRatio[CurrentGear]*Input.GetAxis("Vertical");
        
        //转动角度是任意数乘以用户输入值
        FrontLeftWheel.steerAngle=20*Input.GetAxis("Horizontal");
        FrontRightWheel.steerAngle=20*Input.GetAxis("Horizontal");
    }
    void ShiftGears()
    {
        int AppropriateGear=CurrentGear;
        if(EngineRPM>=MaxEngineRPM)
        {
            AppropriateGear=CurrentGear;
            for(int i=0;i<GearRatio.Length;i++)
            {
                if(FrontLeftWheel.rpm*GearRatio[i]<MaxEngineRPM)
                {
                    AppropriateGear=i;
                    break;
                }
            }
            CurrentGear=AppropriateGear;
        }
        
        if(EngineRPM<=MaxEngineRPM)
        {
            AppropriateGear=CurrentGear;
            for(int j=GearRatio.Length-1;j>=0;j--)
            {
                if(FrontLeftWheel.rpm*GearRatio[j]>MinEngineRPM)
                {
                    AppropriateGear=j;
                    break;
                }
            }
            CurrentGear=AppropriateGear;
        }
    }
}