Unity 物理系列七 布娃娃

参考
一文搞懂 Unity 布娃娃（Ragdoll）系统 让角色更加真实 （附实用Ragdoll插件详解）
如何用Unity做出真实的布娃娃互动效果？
Unity3D RagDoll(布娃娃系统)详解

一、布娃娃向导

官方文档https://docs.unity.cn/cn/2019.4/Manual/wizard-RagdollWizard.html写的太简略了，可以参考B站的视频如何使用Unity的布娃娃系统【Ragdoll】，这里我自己做了一遍，简单总结一下：

1.把模型拖到场景里，打开布娃娃向导，进行绑定，然后保存为预制体

我用了别的模型发现骨骼不太对，还是从商店里下载视频作者使用的免费资源“BodyGuards”

image.png

导入后，把模型SkelMesh_Bodyguard_01拖入场景。然后从菜单栏中选择 GameObject > 3D Object > Ragdoll… 以打开布娃娃向导，按照部分绑定，记得最后改一下重量。

image.png

现在选中模型，能看到添加的刚体轮廓。选 中节点，能看到添加的组件：

image.png

角色关节，可参考https://docs.unity.cn/cn/2019.4/Manual/class-CharacterJoint.html

2.需要打开Physics Debugger协助微调

image.png

image.png

可以看到腿部红色的碰撞体太粗了，手臂生成的碰撞体也不对，要一点点调整。

image.png

这是调整后的结果，模型撞到下方的斜方块后，会有布娃娃效果，不过手部僵硬，关节的弯曲角度也不正常。

3.给手添加碰撞

image.png

这里视频UP主总是添加不上Connected Body，是因为要指定父节点，而不是自身。

4.修改关节的弯曲角度

点这个edit按钮进入编辑

但是这里我设置的效果很不好，看了https://docs.unity.cn/cn/2019.4/Manual/class-CharacterJoint.html也没搞明白那几个轴。

5.Animator和布娃娃无法同时存在

默认是播放动画状态：此时所有带RigidBody节点的Is Kinematic勾选，Animator组件启用。
当需要启动布娃娃时，使用代码将所有带RigidBody节点的Is Kinematic取消勾选，Animator组件禁用。

在unity 布娃娃系统的开启关闭提供了代码参考：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class RangdollController : MonoBehaviour {

private Animator Anim;
// Use this for initialization
void Start () {
    Anim = GetComponent();
    InitRagdoll();
}

// Update is called once per frame
void Update () {
    
}

public List RagdollRigidbodys = new List();
public List RagdollColliders = new List();
/// 

/// 初始化，遍历角色身体上的所有ragdoll并存储 此时关闭布娃娃系统
/// 
void InitRagdoll()
{
    Rigidbody[] Rigidbodys = GetComponentsInChildren();
    for (int i = 0; i < Rigidbodys.Length; i++)
    {
        if (Rigidbodys[i] == GetComponent())
        {
            //排除正常状态的Rigidbody
            continue;
        }
        //添加Rigidbody和Collider到List
        RagdollRigidbodys.Add(Rigidbodys[i]);
        Rigidbodys[i].isKinematic = true;
        Collider RagdollCollider = Rigidbodys[i].gameObject.GetComponent();
        RagdollCollider.isTrigger = true;
        RagdollColliders.Add(RagdollCollider);
    }
}
/// 

/// 启动布娃娃系统
/// 
public void EnableRagdoll()
{
    //开启布娃娃状态的所有Rigidbody和Collider
    for (int i = 0; i < RagdollRigidbodys.Count; i++)
    {
        RagdollRigidbodys[i].isKinematic = false;
        RagdollColliders[i].isTrigger = false;
    }
    //关闭正常状态的Collider
    GetComponent().enabled = false;
    //下一帧关闭正常状态的动画系统
    StartCoroutine(SetAnimatorEnable(false));
}
/// 

/// 关闭布娃娃系统
/// 
public void DisableRagdoll()
{
    //关闭布娃娃状态的所有Rigidbody和Collider
    for (int i = 0; i < RagdollRigidbodys.Count; i++)
    {
        RagdollRigidbodys[i].isKinematic = true;
        RagdollColliders[i].isTrigger = true;
    }
    //开启正常状态的Collider
    GetComponent().enabled = true;
    //下一帧开启正常状态的动画系统
    StartCoroutine(SetAnimatorEnable(true));
}
IEnumerator SetAnimatorEnable(bool Enable)
{
    yield return new WaitForEndOfFrame();
    Anim.enabled = Enable;
}

6.坑

• 播放布娃娃的时候要把animator勾掉，不然不生效
• 部位穿插拉伸，要把部位Character Joint组件上面的Enable Projection勾上
• 激活布娃娃弹得很高，就是刚体的速度，把rigidbody的速度置为0
• 如果布娃娃动作僵硬，肯定用错骨骼来绑定布娃娃导致的
• 布娃娃穿透场景碰撞的问题，其实这个由于速度太快引起的，可以设置rigidbody的碰撞检测模式collisionDetectionMode
• 受力不要全部部位都给力，一般都是给一个部位就够了，不然各种力作用引起怪异表现
• 关于倒地之后抖动问题，这个只能加个检测，如果所有刚体速度小于某个数则关闭刚体功能

7.官方文档 关节和布娃娃稳定性

https://docs.unity.cn/cn/2019.4/Manual/RagdollStability.html

二、插件Ragdoll Mecanim Mixer

1.Ragdoll 原理

跟着布娃娃向导做完之后，原理也就十分容易理解了。要想为人物添加Ragdoll效果，只需要在模型骨骼上挂载合适大小的碰撞体及刚体组件，让骨骼运动受物理模拟驱动（而非动画驱动），即可实现基于物理效果的布娃娃系统。

Unity原生的布娃娃系统功能非常简单，我们可以点进之前配置有碰撞体的骨骼节点观察一下。 可以看到肢体骨骼只是增加了一个RigidBody和Collider用于物理模拟，同时用CharacterJoint连接肢体模拟关节，剩余全部交给Unity物理系统进行模拟。

2.原生 Ragdoll 系统不足

看过Unity Ragdoll系统后，很明显能发现该套系统功能较为简单，有很大不足

• 碰撞体、刚体等组件直接挂载在骨骼物体上，影响骨骼结构的简单性，增加了耦合度
• 没有Animator组件，意味着该Ragdoll系统只能单纯受物理驱动，无法与动画融合（因此Unity官方也建议仅将该系统用于角色死亡时表现）
• 状态切换很困难、难以扩展，且缺乏过渡（比如需要多套ragdoll不同表现时，要修改碰撞体和刚体参数同时控制启用）

3.插件Ragdoll Mecanim Mixer

Ragdoll Mecanim Mixer 插件正是为了解决上面的这些痛点而出现的，对于这些问题，该插件都实现了很好的解决方案（该插件可在Asset Store购买，目前Unity最好的Ragdoll插件之一）

• Ragdoll碰撞体与骨骼分离，不直接关联，降低耦合度
• 基于分离结构，可以分别计算物理变换与动画变换，并实现融合
• 基于一套Ragdoll碰撞体可以预设多种状态，切换简单且可控制过渡平滑度

官方文档：https://assetstore.altinqiran.kz/ramecan-mixer/files/GUIDE_ENG.pdf

该插件主要由两个脚本组成

• Ragdoll Constructor
• Ramecan Mixer