Class 7 - Platformer Part 1: Advanced Physics

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本节课我们将开始一个新的项目：2D 平台跳跃游戏（Platformer），类似于经典的《超级马里奥》。我们将从零开始，完成项目的基本设置、角色 Prefab 的创建，并编写核心的角色移动与瞄准脚本。

Class 7 Overview

1. 项目与素材设置
2. 核心游戏对象（Prefabs）的创建
3. 基础关卡布局
4. 编写玩家移动脚本 (Update vs FixedUpdate)
5. 实现坠落重玩机制 (Trigger)
6. 实现鼠标瞄准系统

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1. 项目与素材设置

1.1 场景与素材导入

1. 创建新场景：在项目中新建一个场景，命名为 Q2

2. 导入素材：将本节课所需素材 (items_spritesheet、tiles_spritesheet、p1_walk、target) 导入到 Assests/Textures/Platformer/ 路径下

3. 选中 items_spritesheet、tiles_spritesheet、p1_walk，在 Inspector 中进行如下统一设置：

属性	设置
Sprite Mode	Multiple
Pixels Per Unit (PPU)	69
Filter Mode	Bilinear
Compression	None

然后点击 Sprite Editor -> Slice -> Type: Automatic -> Apply

4. 选中 target（准心），设置如下：

属性	设置
Sprite Mode	Single
Pixels Per Unit (PPU)	980
Filter Mode	Bilinear
Compression	None

1.2 图层与物理设置

1. 添加图层 (Layers)：
   在Inspector窗口中，点击Layers -> Edit Layers，新增三个图层 Ground、PlayerProjectile、Player。

2. 设置碰撞矩阵：
   前往 Edit -> Project Settings -> Physics 2D，修改碰撞矩阵，取消 PlayerProjectile 与 Player、以及 PlayerProjectile 与其自身的碰撞交互。

2. 核心游戏对象（Prefabs）的创建

2.1 地面 (Ground) Prefab

1. 在场景中创建一个空物体。
2. 添加 SpriteRenderer 组件，并赋予一张地块贴图。
3. 添加 BoxCollider2D 组件，用于物理碰撞。
4. 将其 Layer 设置为 Ground。
5. 在 Assets/ 下新建 Prefabs/Platformer/ 文件夹，将该物体从 Hierarchy 拖入，制成 Prefab。

2.2 玩家 (Player) Prefab

重复上述流程，将锁状贴图的物体制作成名为 Target 的 Prefab。

2.3 玩家炮弹 (PlayerProjectile) Prefab

1. 创建空物体，添加 SpriteRenderer 组件，赋予主角贴图，并将其 Layer 设置为 Player。
2. 添加 CapsuleCollider2D 组件。
3. 添加 Rigidbody2D 组件，并展开 Constraints 选项，勾选 Freeze Rotation Z，以防止角色在碰撞后翻倒。
4. 将其制作为 Player Prefab。

为什么使用胶囊碰撞体 (CapsuleCollider2D)？

胶囊体的底部是圆弧形的，这使得角色在平台边缘移动时不容易被卡住，可以获得更平滑的移动体验。
相比之下，盒状碰撞体（BoxCollider2D）的尖角更容易在移动中与地形的边角发生不期望的卡顿。

2.4 子弹 (Projectile) Prefab

1. 创建空物体，添加 SpriteRenderer 组件，赋予钥匙贴图（作为子弹），并将其 Layer 设置为 PlayerProjectile。
2. 添加 CapsuleCollider2D 组件，并将其 Direction 设置为 Horizontal。
3. 添加 Rigidbody2D 组件，并将其 Gravity Scale 设置为 0，让子弹沿直线飞行。
4. 将其制作为 Projectile Prefab，并从场景中删除。

关于胶囊碰撞体的 Direction

Direction 属性决定了胶囊体的长轴方向。由于我们的子弹是水平飞行的，将其设置为 Horizontal 可以让碰撞体的形状正确匹配贴图，从而实现更精确的碰撞检测。
如果保持默认的 Vertical，碰撞体将是一个圆形。

$\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$

3. 基础关卡布局

将制作好的 Ground Prefab 拖入场景，搭建一个简单的地形，中间留有间隙。再将 Target Prefab 放置在合适的位置，如下所示可供参考：

4. 编写玩家移动脚本

新建一个 C# 脚本 PlayerController.cs 并挂载到 Player Prefab 上：

PlayerController.cs

using UnityEngine;

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    // 移动速度
    public float moveSpeed = 18f;
    // 刚体组件的引用
    private Rigidbody2D _rigidbody2D;

    void Start()
    {
        // 获取并存储 Rigidbody2D 组件
        _rigidbody2D = GetComponent<Rigidbody2D>();
    }

    void Update()
    {
        // 检测 'A' 键或左箭头键
        if (Input.GetKey(KeyCode.A) || Input.GetKey(KeyCode.LeftArrow))
        {
            // 向左施加【冲量】
            _rigidbody2D.AddForce(Vector2.left * moveSpeed * Time.deltaTime, ForceMode2D.Impulse);
        }
        // 检测 'D' 键或右箭头键
        if (Input.GetKey(KeyCode.D) || Input.GetKey(KeyCode.RightArrow))
        {
            // 向右施加【冲量】
            _rigidbody2D.AddForce(Vector2.right * moveSpeed * Time.deltaTime, ForceMode2D.Impulse);
        }
    }
}

4.1 Update vs FixedUpdate & Force vs Impulse

这是一个非常重要的物理概念。

• Update(): 每帧执行一次。其执行频率受设备性能影响，因此在处理物理移动时需要乘以 Time.deltaTime 来抹平帧率差异。
• FixedUpdate(): 以固定的时间间隔（默认为 0.02s）执行一次，不受帧率影响。所有物理相关的计算都推荐放在这里。

接下来是 AddForce 函数：
AddForce 函数接收两个参数：力和力的模式 (ForceMode2D)。

• ForceMode2D.Force (默认): 此模式会模拟一个持续的力，其内部计算会自动乘以 Time.fixedDeltaTime。如果在 Update 中使用，就会导致 moveSpeed _ Time.deltaTime _ Time.fixedDeltaTime 的双重时间缩放，使得最终作用力极小。

• ForceMode2D.Impulse: 此模式会模拟一个瞬时冲量，它不会再额外乘以时间。这使得我们可以在 Update 中手动乘以 Time.deltaTime，从而精确地控制每帧施加的冲量大小，避免了双重时间缩放的问题。

最佳实践

• 输入检测最好可以始终放在 Update() 中，因为它能最快地响应玩家的每帧操作。
• 物理计算（如 AddForce）理论上应放在 FixedUpdate() 中，这样可以省略 Time.deltaTime 并且使用默认的 ForceMode2D.Force 模式。

为何本课选择在 Update 中处理物理？
主要为了代码的统一性和简洁性，我们将输入检测和物理响应都放在 Update 中，并且更好的引入这个新概念。然而，为了在这种情况下正确地施加力，我们必须：

1. 乘以 Time.deltaTime 来保证帧率无关性。
2. 使用 ForceMode2D.Impulse 来避免物理引擎内部多余的时间缩放。

5. 实现坠落重玩机制 (Trigger)

当玩家掉出平台时，我们需要重新加载当前场景。

5.1 创建死亡区域 (Death Zone)

1. 在场景底部创建一个大的空物体。
2. 为其添加一个 BoxCollider2D 组件，调整大小以覆盖整个掉落区域。
3. 在 BoxCollider2D 组件中，勾选 Is Trigger 选项。

Collider vs Trigger

• Collider (碰撞器)：是一个实体障碍物，会产生物理碰撞效果。检测碰撞使用 OnCollisionEnter2D(Collision2D collision)。

• Trigger (触发器)：不是一个实体，物体可以穿过它。它只用于检测是否有物体进入其范围，而不产生物理碰撞。检测触发使用 OnTriggerEnter2D(Collider2D other)。

5.2 编写触发代码

LevelBound.cs

using UnityEngine;
using UnityEngine.SceneManagement;

namespace Platformer
{
    public class LevelBound : MonoBehaviour
    {
        private void OnTriggerEnter2D(Collider2D other)
        {
			if(other.gameObject.GetComponent<PlayerController>() != null)
			{
				SceneManager.LoadScene(SceneManager.GetActiveScene().name);
			}
        }
    }
}

5.3 添加场景到生成设置

为了让 LoadScene 函数能够找到要加载的场景，我们必须：

1. 前往 File -> Build Settings
2. 点击 Add Open Scenes 将当前场景（Q2）添加到列表中。

6. 实现鼠标瞄准系统

6.1 创建瞄准系统

1. 在 Player 物体下创建一个空的子物体，命名为 AimPivot。确保它的轴心（Pivot）与 Player 的中心重合。
2. 在 AimPivot 下再创建一个空的子物体，命名为 Reticle（准心）。
3. 为 Reticle 添加 SpriteRenderer 组件并赋予准心贴图。

这种 Player -> AimPivot -> Reticle 的层级结构非常有用。
我们只需要旋转中间的 AimPivot，其子物体 Reticle 就会围绕 Player 的中心进行“公转”，实现了瞄准效果。
未来，角色的手臂、武器等也可以作为 AimPivot 的子物体，复用这套旋转逻辑。

6.2 编写瞄准代码

PlayerController.cs

// ... (之前的代码)

public Transform aimPivot;

void Update()
{
	// ... (移动代码)

	// --- 瞄准逻辑 ---
	// 1. 获取鼠标在屏幕上的二维坐标
	Vector3 mousePosition = Input.mousePosition;

	// 2. 将屏幕坐标转换为游戏世界坐标
	Vector3 worldMousePosition = Camera.main.ScreenToWorldPoint(mousePosition);

	// 3. 计算从角色指向鼠标的向量
	Vector2 directionFromPlayerToMouse = worldMousePosition - transform.position;

	// 4. 使用 Atan2 计算该向量与x轴正方向的夹角（弧度），再转换为角度
	float radiansToMouse = Mathf.Atan2(directionFromPlayerToMouse.y, directionFromPlayerToMouse.x);

	// 5. 将弧度转换为角度
	float angleToMouse = radiansToMouse * Mathf.Rad2Deg;

	// 6. 将计算出的角度应用到 aimPivot 的旋转上
	aimPivot.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, angleToMouse);
}

// ... (触发器代码)

Atan2 函数

Mathf.Atan2(y, x) 是一个反正切函数，它接收一个向量的 y 和 x 分量，并返回该向量与 X 轴正方向之间的夹角（以弧度为单位）。这个函数非常适合用于处理2D旋转。

返回的弧度值需要乘以 Mathf.Rad2Deg (一个常量，约等于 57.2958) 来转换为我们更熟悉的角度。

最后，回到 Unity 编辑器，将场景中的 AimPivot 物体拖拽到 PlayerController 组件对应的 aimPivot 槽位上即可。