【VR开发篇】Unity3D 使用物理公式实现抛物线传送功能

发布时间:2021/03/22
作者:七夜丶

文章目录

【VR开发篇】Unity3D 使用物理公式实现抛物线传送功能
前言
一、前期准备
- 1、引擎及语言
- 2、用到的物理公式
二、核心代码
- 1.传送射线代码
- 2.实际表现
三、总结

前言

在刚接触VR开发的时候，涉及到移动时经常会用到传送，如果用平移的方式移动，可能大部分人连隔夜饭都会吐出来，所以刚开始做VR项目一般程序猿都会选择接入插件的方式开发。
但一般插件的功能繁多，各种挂载，各种选择或填入参数，很麻烦，而且大多数的额外功能都用不上，最主要的就是不可用，一旦出现Bug，很难排查问题所在。
常用到的VR插件有:VRTK、SteamVR Plugin等，一般用起来很鸡肋，所以就自己搞了一套支持HTCvive硬件的驱动模块插件，已经完美支持了四个项目，目前在稳定运行中，此篇文章只介绍传送模块的功能实现，VR驱动模块等后续发布。

一、前期准备

1、引擎及语言

引擎:Unity3D 2019.4.13f1c1
语言:C#
编辑器:VisualStudio2019
项目工程链接:
链接：Unity2018.4.13f1示例工程百度网盘链接[提取码:qq92]

2、用到的物理公式

平抛或斜抛运动可分解为:

> 符号含义

x − 水平方向上移动的距离 \ x -水平方向上移动的距离 x−水平方向上移动的距离
y − 竖直方向上移动的距离 \ y -竖直方向上移动的距离 y−竖直方向上移动的距离
v 0 − 初速度 \ v_0 -初速度 v0−初速度
θ − 发射方向与水平面的夹角角度 \ θ -发射方向与水平面的夹角角度 θ−发射方向与水平面的夹角角度
t − 时间 \ t -时间 t−时间

> 水平方向的匀速直线运动

匀速直线运动公式:
x = v 0 c o s ( θ ) t \ x = v_0cos(θ)t x=v0cos(θ)t

> 竖直方向的变速(加速/减速)直线运动
VR项目中手柄发射的传送射线，分三种情况:

1、斜上抛抛物线；
- 竖直方向上的速度以-g的加速度逐渐变小，直至为0，然后向下以大小为g的加速度做自由落体运动。
2、斜下抛抛物线；
- 竖直方向上的速度以-g的加速度逐渐变小，直至为0，然后向下以大小为g的加速度做自由落体运动。
3、平抛抛物线；
- 以大小为g的加速度做自由落体运动。

变速(减速)直线运动公式:
y = v 0 s i n ( θ ) t − 1 2 g t 2 \ y = v_0sin(θ)t - {1 \over 2}gt^2 y=v0sin(θ)t−21gt2

变速(加速)直线运动公式:
y = v 0 s i n ( θ ) t + 1 2 g t 2 \ y = v_0sin(θ)t + {1 \over 2}gt^2 y=v0sin(θ)t+21gt2

自由落体运动公式:
y = 1 2 g t 2 \ y = {1 \over 2}gt^2 y=21gt2

二、核心代码

1.传送射线代码

using UnityEngine;public class Test : MonoBehaviour
{/// <summary> 是否显示Debug辅助线 </summary>public bool _bIsShowDebugRay = false;/// <summary> 传送射线宿主 </summary>public Transform m_tsfTleportRayHost = null;/// <summary> 射线渲染组件 </summary>public LineRenderer m_lrTeleportRayShowLine = null;/// <summary> 射线精度(不可小于2) </summary>public int m_tPrecision = 10;/// <summary> 抛物线初速度 </summary>public float m_fVelocity = 1.0f;/// <summary> 模拟地球标准重力加速度 </summary>public float m_fG = -9.8f;/// <summary> 射线初始发射高度 </summary>private float m_fShootHeight = 2f;/// <summary> 累计时间 </summary>private float m_fAccumulateTime = 0.0f;/// <summary> 射线打到地面的最大时长 </summary>private float m_fHitLandMaxTime = 0.0f;/// <summary> 时间步长 </summary>private float m_fTimeStep = 0.0f;/// <summary> 夹角 </summary>private float m_fTheta = 0.0f;/// <summary> 符号 </summary>private int m_tSymble = 1;/// <summary> 线段使用个数 </summary>private int _tSegmentCount = 0;/// <summary> 计算得到的抛物线坐标 </summary>private Vector3 m_v3CalculatePos = Vector3.zero;/// <summary> 上一个检测点坐标 </summary>private Vector3 m_v3LastCheckPos = Vector3.zero;/// <summary> 当前检测点坐标 </summary>private Vector3 m_v3CurCheckPos = Vector3.zero;/// <summary> 检测点方向向量 </summary>private Vector3 m_v3CheckVector = Vector3.zero;/// <summary> 检测点位置坐标数组 </summary>private Vector3[] m_v3BrokenNodePos;/// <summary> 射线检测数据 </summary>private RaycastHit m_raycastHit;void Update(){if (null == m_tsfTleportRayHost){return;}// 精度修正m_tPrecision = Mathf.Clamp(m_tPrecision,2,100);// 初始赋值m_fShootHeight = Mathf.Abs(m_tsfTleportRayHost.position.y);m_fHitLandMaxTime = m_fVelocity * Mathf.Sin(m_fTheta) * 2 / Mathf.Abs(m_fG) + Mathf.Sqrt(m_fShootHeight * 2/ Mathf.Abs(m_fG));m_fTimeStep = m_fHitLandMaxTime / (m_tPrecision - 1);m_fTheta = Vector3.Angle(m_tsfTleportRayHost.forward, Vector3.ProjectOnPlane(m_tsfTleportRayHost.forward, Vector3.up)) * Mathf.Deg2Rad;m_tSymble = (m_tsfTleportRayHost.position + m_tsfTleportRayHost.forward).y > m_tsfTleportRayHost.position.y ? 1 : -1;m_fAccumulateTime = 0;// 自动扩容if (null == m_v3BrokenNodePos || m_v3BrokenNodePos.Length != m_tPrecision){m_v3BrokenNodePos = new Vector3[m_tPrecision];}// 计算抛物线轨迹for (int i = 0; i < m_tPrecision; i++){if (0 == i){m_v3LastCheckPos = m_tsfTleportRayHost.position - m_tsfTleportRayHost.forward;}// 时间T时,平抛距离的计算点坐标m_v3CalculatePos.z = m_fVelocity * Mathf.Cos(m_fTheta) * m_fAccumulateTime;// 时间T时,竖直上抛距离的计算点坐标m_v3CalculatePos.y = m_fVelocity * Mathf.Sin(m_fTheta) * m_fAccumulateTime * m_tSymble + 0.5f * m_fG * m_fAccumulateTime * m_fAccumulateTime;// 计算当前检测点坐标m_v3CurCheckPos = m_tsfTleportRayHost.position + Quaternion.AngleAxis(m_tsfTleportRayHost.eulerAngles.y, Vector3.up) * m_v3CalculatePos;// 计算当前检测向量m_v3CheckVector = m_v3CurCheckPos - m_v3LastCheckPos;_tSegmentCount = i + 1;// 检测其他相交物体if (Physics.Raycast(m_v3LastCheckPos, m_v3CheckVector,out m_raycastHit, m_v3CheckVector.magnitude)){// 打到物体后,最后一段线段使用HitPoint - LastCheckPosm_v3CheckVector = m_raycastHit.point - m_v3LastCheckPos;m_v3BrokenNodePos[i] = m_raycastHit.point;// 辅助线TestDebugLine(m_v3LastCheckPos, m_v3CheckVector, Color.green, m_v3CheckVector.magnitude);break;}else{m_v3BrokenNodePos[i] = m_v3CurCheckPos;// 辅助线TestDebugLine(m_v3LastCheckPos, m_v3CheckVector, Color.green, m_v3CheckVector.magnitude);}m_v3LastCheckPos = m_v3CurCheckPos;m_fAccumulateTime += m_fTimeStep;}// 渲染抛物线m_lrTeleportRayShowLine.positionCount = _tSegmentCount;m_lrTeleportRayShowLine.SetPositions(m_v3BrokenNodePos);}/// <summary> 测试用的Debug线 </summary>private void TestDebugLine(Vector3 _v3Origion, Vector3 _v3Target, Color _color, float _fLength){if (!_bIsShowDebugRay){return;}
#if UNITY_EDITORDebug.DrawRay(_v3Origion, _v3Target, _color, _fLength);
#endif}
}

2.实际表现

三、总结

以上为VR传送射线的算法，不需要任何其他插件和组件，传送射线的美化和项目接入需要根据不同项目做处理，在此不做过多赘述；
如果有更好的实现方式和表现方式，请多多指点和学习交流~
如果在VR项目开发或者游戏开发中遇到问题，欢迎随时留言交流~会在看到留言的第一时间回复！

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