2.5 车辆行驶

到现在为止，已编写了两套坦克控制模式，然而，此时的坦克还不能紧贴起伏的地面，只要地面不平坦，坦克就会穿插在山体里或悬浮在半空中（如图2-41所示）；其次坦克转弯不太自然，坦克的旋转半径一般不为0，不会原地旋转。 Unity3D内置的一种碰撞器WheelCollider，可实现对车辆的操控。

2.5.1 Unity3D的物理系统

在实现车辆控制之前，有必要先了解Unity3D的物理系统。物理系统中最常用的组件是Rigidbody和Collider。

Rigidbody（刚体）使物体能在物理规律下运动，它是物体系统的基础组件。可以从力和碰撞两方面来理解物理系统。

1．力（重力）

例如让一个带有Collider和Rigidbody的物体从高空落下，因为受到力的作用，在物体碰到地面后会倒下。读者可以新建一个工程试一试物理系统，在场景中添加一个圆柱体和立方体（它们默认附带有Collider组件），然后给圆柱体添加Rigidbody组件（Component→PhysicsRigidbody），再让圆柱体倾斜一定的角度（为了更明显地看出效果），如图2-42所示。

运行游戏，可以看到圆柱体受到重力的影响掉到地面上，然后倒下，如图2-43所示。

2．力（附加力）

通过程序给物体施加力，即可改变物体的运动轨迹。例如编写如下的代码，把它附加到上述例子的圆柱体上。如果按下空格键，则是通过Rigidbody的AddForce方法给物体施加一个力（这里施加的是一个方向向上，大小为50N的力）。

运行游戏后按下空格键，由于物体受到附加力和重力的共同影响（如图2-44所示），如果附加力大于重力（长按空格键），则物体将会向上飞起。

3．碰撞

当“带有Rigidbody和Collider的游戏对象”碰撞到场景中“带有Collider的游戏对象”时，OnCollisionEnter()方法将被调用，后面会利用这一特性判断炮弹是否击中。相关的方法有6个，具体见表2-3。

例如，在上面圆柱体掉落例子的TestForce类中，添加如下的语句。

    //当碰撞到物体
    void OnCollisionEnter(Collision collisionInfo)
    {

        Debug.Log("碰撞到 " + collisionInfo.gameObject.name);
    }

运行游戏，在圆柱体碰到地面的时候，OnCollisionEnter方法会被调用，如图2-45所示。

坦克行驶符合物理规律，可以使用Unity3D内置的车轮碰撞器来实现。

2.5.2 车轮碰撞器

WheelCollider（车轮碰撞器）是一种特殊的地面车辆碰撞器，它具有内置的碰撞检测、车轮物理引擎和一个基于滑移的轮胎摩擦模型。WheelCollider是专门为有轮子的车辆所做的设计，也适用于坦克。

在添加轮子碰撞器之前，先给坦克车身添加碰撞器。由于Rigidbody是物理系统的基础组件，因此需要添加该组件后碰撞器才会生效。先给坦克模型添加Rigidbody组件，如图2-46所示。由于坦克一般都比较重，因此需要在Rigidbody中调整坦克的质量（Mass属性，这里调整为300）。

暂且把坦克当成一辆拥有四个轮子的汽车。在坦克模型下建立名为PhysicalBody的空物体（Empty Object），用于存放坦克的碰撞器组件。再在PhysicalBody里添加wheelL1、wheelR1、wheelL2和wheelR2这4个空物体，4个wheel将代表车辆的4个轮子。在PhysicalBody里添加两个名为collider的空物体，用于给车身添加碰撞器（BoxCollider）。此时坦克模型的层次结构如图2-47所示。

给两个collider添加BoxCollider组件（Component→Physics→Box Collider），然后点击Box Collider属性面板的调整碰撞体的大小和位置（点击后，碰撞体会出现控制点，拖动它们即可调整），调整后的碰撞体如图2-48所示。添加车身碰撞体可以让程序检测坦克是否碰撞了障碍物，或者是否被子弹打中（将在第3章中实现）。

接下来给坦克添加车轮碰撞体，如图2-49所示。给4个wheel分别添加Wheel Collider（Component→ Physics→WheelCollider），调整它们的位置和大小（通过Wheel-Collider组件的Radius属性调整大小），使wheelL1代表前方左轮，wheelR1代表前方右轮，另外两个轮子代表后方的轮子。轮子位置和角度的细微差别对物理性能的影响很大，切记，看着Transform的数值进行调整，使它们对称。

WheelCollider是用Unity3D制作汽车类型游戏的关键所在，它不仅可以模拟轮子的碰撞过程，还模拟了汽车的悬挂系统、引擎系统、轮胎摩擦等汽车的关键物理特性。WheelCollider的一些属性如图2-50和表2-4所示。

车轮是由motorTorque、brakeTorque和steerAngle属性控制的，它们的含义见表2-5。

一般来说，重心、悬挂系统和轮胎（摩擦力属性）对汽车的性能有着很大的影响。

❑重心：大家都知道重心低的车辆不容易翻倒，所有被应用到汽车刚体上的力都会作用到质心，默认情况下，Unity3D会将所有附加到刚体上的碰撞器（不管是该游戏对象还是它的子对象）的重心设为刚体重心。由于车辆的重心通常不是车的中心位置，若要得到更真实的效果，可以通过代码设置Rigidbody.centerOfMass来调整重心位置。

❑悬挂系统：另一个可以影响汽车行为的因素是悬挂系统（如图2-51所示）。汽车的悬挂系统可以增强轮胎和路面的摩擦，设想一辆没有安装悬挂系统的汽车行驶在颠簸的路面时，车轮肯定会时不时被抬起，轮胎的摩擦便无从谈起。

与悬挂系统的相关的参数如表2-6所示。

❑轮胎摩擦力：Forward Friction是前后方向的摩擦力属性，影响motorTorque和brakeTorque的效果。Sideways Friction是左右方向的摩擦力属性，影响steerAngle的效果。车轮摩擦力受滑动摩擦力和滚动摩擦力的综合影响。图2-52是车轮摩擦力曲线图，假设要拉动车辆，一开始车轮静止，需要较大的力去克服惯性（从原点到Extremum），接着只需要一个与摩擦力相同的拉力便可以使车辆做匀速运动（Asymptote），这样就是图2-52所展示的曲线。

Forward Friction和Sideways Friction中每一项的5个参数的含义见表2-7。

给坦克添加碰撞体、了解车轮碰撞器的属性后，接下来便要控制坦克的行进了。

2.5.3 控制车辆

汽车的前轮和后轮分别悬挂在两条轴上，每条轴上两个轮子的步调是一致的。新建名为AxleInfo.cs的文件，添加代表车轴信息的AxleInfo类，代码如下所示。

在上述代码中，leftWheel和rightWheel代表在某一条轴上的两个车轮碰撞器，例如左前轮和右前轮就是同一轴上的leftWheel和rightWheel。Motor指明是否将发动机的马力传送给轴上的轮子，就像汽车有前驱、后驱和四驱一样，对于前驱的汽车，马力传送给前轮而不传送给后轮。Steering指明轮子是否转向，汽车都是前轮转向，因此前轴的steering为true，后轴的steering为false。

接着在Tank类中编写控制车轴的方法（之前编写的两种操作模式已然无用，可以删去）。定义如图2-53下面的代码所示的变量，其中axleInfos是上面定义的AxleInfo类型的列表，代表坦克中的各个车轴，普通汽车只有前轮和后轮两个车轴，axleInfos的长度应该设置为2。其他机构变量分别代表马力、制动（刹车）和转向角。

axleInfos为List（列表）类型，List类型“System.Collections.Generic”命名空间中，需要在Tank类代码的最前面添加using语句“using System.Collections.Generic; ”。List＜AxleInfo＞即定义了AxleInfo类型的列表，也可以简单地把它理解为一个数组（如图2-53所示）。列表对象的常用方法有：Add （添加项）、Clear（清空列表）、Remove（删除元素）、RemoveAt（删除指定索引的元素），并可以通过“[索引]”获取指定索引的内容（如axleInfos[0]）。

代码如下所示。

    //轮轴
    public List＜AxleInfo＞ axleInfos;
    //马力/最大马力
    private float motor = 0;
    public float maxMotorTorque;
    //制动/最大制动
    private float brakeTorque = 0;
    public float maxBrakeTorque = 100;
    //转向角/最大转向角
    private float steering = 0;
    public float maxSteeringAngle;

接着在Tank类中定义PlayerCtrl方法，用来处理用户的输入。当玩家按键盘的“上”或“下”键时，motor等于maxMotorTorque或它的负值；按“左”或“右”键时， steering等于maxSteeringAngle或它的负值。若玩家使用摇杆或方向盘等设备，motor会在-maxMotorTorque到maxMotorTorque之间取值，steering也会在-maxSteeringAngle到maxSteeringAngle之间取值，代码如下所示。

然后在Update()中调用PlayerCtrl，把玩家操作的语句放到PlayerCtrl中而不是直接放到Update中，是因为后面还要实现电脑控制的功能，这样处理后，后续只需要添加类似PlayerCtrl的方法，而不必修改代码结构。在Update方法中通过foreach遍历每个车轴，依照车轴的steering和motor属性，给轮子施加转向、马力和制动，代码如下所示。

至此，我们已经编写完控制坦克的代码，最后只需要再做一些设置，便能让坦克行动起来。在属性面板中将坦克模型的AxleInfos的Size设置为2（前后两条车轴），并将4个WheelCollider拖入其中，设置为后驱（如图2-54所示）。

选择坦克的4个WheelCollider，调整参数（具体参数的含义请参照2.5.2节），以获得更好的驾驶体验，如图2-55所示。

这时再运行游戏，便可以控制坦克行进了，此时履带会紧贴起伏的地表，如图2-56所示。如果容易翻倒，可以调整Rigidbody的质量、坦克重心和马力等数值，以达到良好的驾驶体验。因为WheelCollider的详细参数涉及不少物理知识，这里不再展开，读者可以查阅更多资料，以便更好地调整数值。

如果读者觉得把坦克当成四轮汽车，还不能很真实地模拟履带行驶，可以尝试添加更多的轮子，以求真实模拟（如图2-57所示）。

2.5.4 制动（刹车）

本小节将处理坦克的刹车功能，玩家按下后退键，又分为以下两种情况。

1）坦克向前行进时，应当刹车。

2）坦克静止时，应当后退。

第一个问题便是如何判断坦克是在向前行进还是静止，车轮碰撞器有一个rpm（转速）属性，可以通过它判断坦克的状态。如果转速大于某个值（这里取5），可以粗略地视为坦克在前进；如果小于某个值（这里取-5），可以视为坦克在后退；如果转速接近0，则视为静止。

修改PlayerCtrl，通过轮子的rpm属性（转速）判断坦克的运行状态。如果坦克在移动，则设置brakeTorque的值，使坦克刹车，代码如下所示。

    public void PlayerCtrl()
    {
        //马力和转向角
        motor = maxMotorTorque ＊ Input.GetAxis("Vertical");
        steering = maxSteeringAngle ＊ Input.GetAxis("Horizontal");
       //制动
        brakeTorque=0;
        foreach(Axlelnfo axlenlnfo in axlenfos)
        {
            if (axleInfo.leftWheel.rpm ＞ 5 && motor ＜ 0)  //前进时，按下"下"键
                brakeTorque = maxBrakeTorque;
            else if (axleInfo.leftWheel.rpm ＜ -5 && motor ＞ 0) //后退时，按下"上"键
                brakeTorque = maxBrakeTorque;
            continue;
        }
        //炮塔炮管角度
        turretRotTarget = Camera.main.transform.eulerAngles.y;
        turretRollTarget = Camera.main.transform.eulerAngles.x;
    }

运行游戏，即可体验到刹车的效果。