基于Unity整合BEPUphysicsint物理引擎实战

上一节我们详细的讲解BEPUphysicsint 的物理事件。此物理引擎会产生了碰撞事件与非碰撞事件，碰撞事件大家好理解，非碰撞事件例如: 物理Entity的update事件,Entity的activation/deactivation事件等。本节课来实战如何编译BEPUphysicsint源码到自己的项目, 如何整合物理引擎与Unity图形渲染。本文分成4个部分:

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创建项目,源码编译BEPUphysicsint

准备源码，我们从github上面下载下来BEPUphysicsint的源码，下载地址为:

https://github.com/sam-vdp/bepuphysics1int

下载下来以后，解压开来代码截图,如图1.4-1:

图1.4-1 项目源码目录截图

下载下来源码后怎么用到Unity(百度也百度不到)，我的方法是先分析文件夹，搞清楚每个文件夹的大概的功能与作用,看下项目，打开vs的工程BEPUphysics.sln看下源码项目如何组织的，如图1.4-2:

图1.4-2 工程目录截图

图1.4-3 示例代码构建物理世界

BEPUik/ BEPUphysics: ik与physics看上去就是物理引擎的核心代码库，打开代码大概验证一下，ik里面有IKJoint.cs相关代码, physics里面有Entity, Space等代码,所以这个应该是核心代码，等会要放入Unity项目工程。如图1.4-4所示

图1.4-4 物理引擎核心代码

经过类似的分析名字与内容，我们发现BEPUutilities(工具代码)+ BEPUik+ BEPUphysics+ FixedMath.Net文件夹所对应的代码为引擎编译所依赖的必须代码, ConversionHelper这里是向量定点与浮点的转换代码，在Unity中可能用到或参考，可以考虑放项目中。

接下来创建Unity项目来编译源码(参考unity 2020.3.33f1版本)。项目创建完成后分好文件夹，这里我分了3个一级目录文件夹: AssetsPackage, Scenes, Scripts,Scripts又分为了3rd, Framework, 两个文件夹,如图1.4-5:

图1.4-5 物理引擎核心代码

其中3rd用来存放第三方的代码，我在里面又新建了一个BEPU的文件夹,拷贝我们分析的必须代码到Unity项目。

图1.4-6 移植物理引擎源码到项目

不出意外的话，大量的报错,主要分成几类, AssemblyInfo.cs 里面的代码报错，打开这个代码一看，没有什么用，直接连同里面的” Properties”一起删除掉。又发现源码文件夹里面”bin”与”obj”文件夹，这个是源码工程的编译时生成的目录，删掉。如图1.4-7:

图1.4-7 删除原项目工程编译文件夹

接着就是BoxBoxCollider.cs代码报错，打开代码一看，对比原版，发现原版里面有个编译的宏开关ALLOWUNSAFE,原版本打开了，Unity版本没有，我们在Unity PlayerSetting里面加上这个宏，如图1.4-8:

图1.4-8 打开编译宏开关

经过这些操作，代码很神奇的就全部编译过了。接下来往Unity里来构建我们的物理世界了。

在Unity中初始化BEPUphysicsint的物理世界

这个简单多了，打开BEPUphysicsint的benchmark代码参考,copy过来就可以了。初始化的时,主要做的事情有: 构建物理世界, 配置物理世界重力，设置物理迭代的参数，关闭原来Unity自带物理引擎, Update中迭代物理世界。这里是全局执行一次，新建一个BEPUPhyMgr.cs的全局单例，用来做初始化。代码实现在Framework/BEPUWrapper文件夹下，直接上代码:

publicclassBEPUPhyMgr : MonoBehaviour
{
    public BEPUphysics.Space space;
    publicstatic BEPUPhyMgr Instance = null;

    publicvoidAwake() {
        if (BEPUPhyMgr.Instance != null) {
              return;
        }
        Physics.autoSimulation = false; // 关闭原来物理引擎迭代;
        // Physics.autoSyncTransforms = false; // 关闭射线检测功能
        BEPUPhyMgr.Instance = this; // 初始化单例
        this.space = new BEPUphysics.Space(); // 创建物理世界
        this.space.ForceUpdater.gravity = new BEPUutilities.Vector3(0, -9.81m, 0); // 配置重力
        this.space.TimeStepSettings.TimeStepDuration = 1 / 60m; // 设置迭代时间间隔
    }

    public void Update() {
        this.space.Update(); // 模拟迭代物理世界
    }
}

在Unity中创建一个GameApp空节点，挂这个BEPUPhyMgr组件来做初始化(这里是测试,具体在项目框架中做初始化)。创建一个Cube与Plane, 删除掉它原来的物理碰撞器。如图1.4-9所示:

图1.4-9

创建物理Entity并同步Unity图像

构建完物理世界后,我们就是要往物理世界里面放物理的Entity, 物理世界迭代计算Entity,然后再把Entity里面的位置，旋转等信息同步到Unity的图像节点的Transform中，这样物理的Entity就可以带着图像的节点移动了。这个需要我们开发者来自己开发，同时Entity的类型有很多，我们以Box Entity为例,主要做2件事情：

(1) 根据用户给定的物体大小与物体是否可移动，来创建对应的物理Entity;

(2) 对于可移动的物体，我们每次update同步Entity位置等到Unity Transform组件;

新建一个PhyBoxEntity.cs的组件到Framework/BEPUWrapper文件夹下。构建物理Entity Box需要长，宽，高，我们也设定相关参数,物体是否可以移动，給一个bool給用户选择。有时候我们要调整物理的中心(与标准Unity物理引擎类似)，我们加个相当于Unity节点的中心偏移:

public class PhyBoxEntity : MonoBehaviour
{
    BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box box;

    public bool isStatic = false;

    private float width = 1;
    private float height = 1;
    private float length = 1;

    private float centerX = 0, centerY = 0, centerZ = 0;
}

根据这些设定，我们来使用BEPUphysics来创建Box的Entity,其它的类似，并加入到物理世界。

        if (isStatic) {
            this.box = new BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box(new BEPUutilities.Vector3(0, 0, 0), System.Convert.ToDecimal(this.width), 
            System.Convert.ToDecimal(this.height), System.Convert.ToDecimal(this.length));
        }
        else {
            this.box = new BEPUphysics.Entities.Prefabs.Box(new BEPUutilities.Vector3(0, 0, 0), System.Convert.ToDecimal(this.width), 
            System.Convert.ToDecimal(this.height), System.Convert.ToDecimal(this.length), 1);
        }

        BEPUPhyMgr.Instance.space.Add(box);

接下来同步Unity的图像节点的Transform到物理Entity,直接把物体Transform的位置同步设置到Entity里面。

        Vector3 pos = this.transform.position;
        this.box.position = new BEPUutilities.Vector3(System.Convert.ToDecimal(pos.x + this.centerX), System.Convert.ToDecimal(pos.y + this.centerY), 
        System.Convert.ToDecimal(pos.z + this.centerZ));

最后对于移动的物体,我们在LateUpdate里面同步物理Entity位置到Unity Transform。

    public void LateUpdate() {

        if (this.isStatic) {
            return;
        }
       //  FixMath.NET.Fix64 g = 9.81m;
        // Debug.Log(g.ToString());

        BEPUutilities.Vector3 worldPos = this.box.position;
        // Debug.Log(worldPos.ToString());
        
        double x = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.X);
        double y = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.Y);
        double z = System.Convert.ToDouble((decimal)worldPos.Z);

        
        this.transform.position = new Vector3((float)x - this.centerX, (float)y - this.centerY, (float)z - this.centerY);
    }

挂一个BoxPhyEntity组件到Cube节点，你会神奇的发现Cube在物理引擎的迭代作用下掉下去了。

使用Unity自带碰撞器组件,来生成创建PhyBoxEntity

这里还有一个问题，就是物理Entity的大小设置无法像Unity自带的物理引擎一样，可视化编辑，其实这个问题很好解决，我们的策略是添加Unity对应的物理碰撞器组件 (如: BoxCollider)，利用Unity做好的功能特性来编辑物理Entity大小与中心，运行的时候读取数据即可。这里我做了一个简单的转化，代码如下:

[RequireComponent(typeof(BoxCollider))]

添加PhyBoxEntity组件的时候，必要要添加BoxCollider组件。

        BoxCollider boxPhy = this.GetComponent<BoxCollider>();
        this.width = boxPhy.size.x;
        this.height = boxPhy.size.y;
        this.length = boxPhy.size.z;

        this.centerX = boxPhy.center.x;
        this.centerY = boxPhy.center.y;
        this.centerZ = boxPhy.center.z;

初始化的时候，从碰撞器中读取大小数据,这样就可以关联到Unity自带的形状。后续你开发PhyBoxEntity, PhySphereEntity等都可以通过这样的方式来整合。同时这些Entity可以继承一个基类PhyBaseEntity, 来做些设计上的调整。最后上下效果图，我添加一个Cube与一个平面到物理世界，效果如下:

今天的分享就到这里了，关注我们，可以获取Unity BEPUphysint3D实战源码。