[Unity] 從零開始的學習心得 #3 – 物理系統的陷阱
此篇文章是《從零開始的 Unity 學習心得》系列的第三篇文章，這個系列是記錄我對 Unity 的開發及學習心得，包含我用何種方式去理解 Unity 的運作，並且在我所知的範圍內盡可能說明相關原理與開發要點。完整系列的目錄可以參考：
上篇文章說明了幾個 Unity 的基本組成，並且開始接觸 MonoBehaviour。這篇文章將延續話題，聊聊我對於 Unity 物理系統 – 一個最常用在與 MonoBehaviour 共築遊戲邏輯的系統 – 的理解。
常見的物件互動手段 - 物理系統
Unity 內建了一套物理模擬系統給開發者利用，包括物理慣性運動、重力場、摩擦阻力、碰撞與觸發等功能。雖然作為物理模擬，Unity 的內建系統稱不上精確與穩定，偶爾會有令人噴飯的意外狀況，但是如果理解它的原理與適用範圍，仍舊是在遊戲開發上相當方便的內建系統。
Unity 物理系統的使用網路上有相當資訊可以查詢，要一一說明也要不少的篇幅，這邊我想提的是關於 FixedUpdate 這個 Event 的三兩事。
物理系統的模擬跟現實有個最大的差距：時間的連續性是無法在軟體中完美重現的，不論何種物理模擬，都只能盡量縮短模擬的時間間隔，來提高近似度與精準度，不可能真正的重現物理。而在遊戲中我們不可能無限制的提升模擬結果的精準度，因為與之相對的軟硬體效能是相當有限的。
Unity 的模擬間隔可以在 Project Setting 去設定，預設值是 0.02 秒；而 FixedUpdate 辨識與之對應，每次模擬時會呼叫到的 Unity Event Function，預設每秒呼叫 50 次。
光從呼叫的時間點就可以看出 FixedUpdate 與 Update 是處在兩個截然不同的時間軸上，一個是物理的循環；另一個是畫面更新的循環 (同時也是 Game Loop)。要建立橫跨兩個時間軸的遊戲邏輯，便很容易遇到奇奇怪怪的狀況，輕則畫面閃動，重則腳色直接噴飛。
這些狀況可能都跟物理系統有關
畫面閃動意外
如果在 FixedUpdate 之中對物體進行強制定位 (設定Postiion)，即使是配合了 Time.fixedDeltaTime 想製作平滑的移動，也無法避免畫面閃動的問題。因為 FixedUpdate 與 Update 的更新頻率不相同，所以 Update 每隔一段時間，就會連續執行兩次，然後才發生 FixedUpdate，本來應該平滑移動的物件，便在這瞬間發生了"突然停止移動"，也就使畫面產生卡頓或閃動。
除了在物體本身發生閃動，也有可能是在兩個物體之間產生不同步，比如跑步的腳色跟追隨的 Camera 之間。解決方法很簡單，就是只要畫面中有牽涉到物理系統的任何組件，便要避免用 Time.fixedDeltaTime 與 Time.deltaTime 來設定位置，應該採用 AddForce 或者取用 rigidbody 的參數來設定物理運動。
在牆邊顫抖的物件
一般來說腳色會有被障礙擋住的情況，此時玩家即使不斷按住前進鍵，腳色也應該停在原地做太空漫步，而不是瘋狂顫抖。這發生的原因是因為玩家的 輸入(Input) 在 Update 進行接收與使用，但物理的碰撞卻是在 FixedUpdate 更新，所以腳色便重複進行著 “走進牆內、被擠出牆外” 的循環，畫面上看起來就像在顫抖一般。
解決方式可以視情況去做設計，常見的做法之一是在接收到玩家輸入後，還要利用 Raycast 檢查是否撞到障礙，然後才決定是否前進，而不是直接依賴碰撞框來阻止腳色的移動範圍。
腳色或物件噴飛
這也是跟 FixedUpdate 與 Update 的更新頻率不相同有關，Unity 在實現物理模擬時，所有的運算都在 FixedUpdate 的迴圈中運作，如果你在 Update 裡面對物理狀態進行了更動，那要注意 Update 可能會跑得比 FixedUpdate 快的問題，一不小心累積了兩倍分量的物理操作，在下一個 FixedUpdate 之後，你的腳色可能就不知道飛到哪裡去了。
另外有個可能不是因為你 Update 的操作有誤，而是物體的移動速度過快，所以數個物件"過度深入"對方，產生的碰撞力道超乎預期，那物件可能也會噴飛；或者因為速度過快，根本來不及檢查出物件碰撞，物件穿透了應當產生阻擋效果的物件，這又是另一種噴飛了。
噴飛的原因百百種，所以解決方式也各不一定。物理系統本身不是完美的 (上面有提到原因，這不全是 Unity 的錯)，所以理解它的原理跟極限，不要抱有太過度的期待，你才能順利的控制你的遊戲作品。