簡介
根據前兩篇的敘述與實驗後，是否有更了解Unity中的Collider與Rigidbody呢?!我們再第三章講述比較複雜的Wheel Collider，通常是用在輪子相關的物件，在模擬場景中常會出現的自駕車模擬更會使用上，而如何運用這兩個功能讓車輛行駛的更貼近現實世界，就要細細的微調之中的參數了，讓我們開始吧。
Wheel Collider 細部介紹
Wheel Collider內置碰撞檢測 ，車輪物理特性和基於滑動的輪胎摩擦係數。它可以用於除車輪以外的物體，但專門設計用於帶輪車輛。 下圖是Wheel Collider的Component圖。一樣是在Scene中輪子物件按下Add Component->Wheel Collider。
我們可以參考下方Collider圖片來了解參數解釋，中間有一條綠色的線(位於wheel collider中心點的直徑) 在下方解釋會常看到 ” 車輪懸架 “，就是在說這個詞。
Mass : 輪軸物件的質量。值介於 0 – 無限。
Radius : (下圖紅色箭頭) 輪軸碰撞器的半徑。 值介於 0 – 無限。
Wheel Damping Rate : 避震器，避震值範圍。值介於 0.0001 – 無限。
Suspension Distance : (下圖橙色箭頭)車輪懸架的最大延伸距離，從輪軸中心Y軸向下延伸。 數值越大距離越遠。值介於 0 – 無限。 此值會與Wheel Damping Rate相互作用，數值調整不好會變成彈跳車。
Force App Point Distance : (下圖綠色箭頭)施力點距離 ，預設為0，最好把這個值調整到wheel Collider邊界上。
Center : (下圖青藍色箭頭)輪軸中心離地板的距離。
Suspension Spring : 這邊是更細部設定碰撞器的輪軸避震值的細部設定。懸架試圖達到目標位置，通過增加彈簧和阻尼力。
Spring : 彈力試圖到達目標位置。較大的值可使懸架更快地到達目標位置。 值介於 0 – 無限。
Damper : 降低懸架速度。較大的值會使懸架彈簧的移動速度變慢。 值介於 0 – 無限。
Target Position : 懸架沿懸架距離的靜止距離。 1映射到完全擴展的懸架，0映射到完全壓縮的懸架。默認值為0.5，與常規汽車的懸架狀態一致。
Forward Friction / Sideway Friction：車輪向前和向側面滾動時輪胎的摩擦特性。
在摩擦力的調整，可以說是在調整你輪胎的橡膠的摩擦係數，Extremum Slip / Value：在調整輪胎運動向前與向側邊的摩擦係數，值越高越滑。此參數會跟著加速度的曲線成正比，煞車亦同。Asymptote Slip / Value：曲線的結束點，此參數會與Extremum會同時運算會製成Curve圖（如下圖），當車輛行徑力道與滑動係素會將上方兩個值做即時運算。
Wheel Collider 實現在車輛中
在官方文件中，他們是把輪胎模型跟Collider是分開的，但其實可以把Collider掛載在輪胎的模型物件上（如下圖）。
Step1：你必須有既有的模型，且必須要有輪胎的獨立物件，並將所有物件包成一個GameObject。
Step2：請新增Wheel Collider在各輪胎模型上。並將碰撞器的參數透過上方解釋的各個參數調整好。
Step3：下方我提供了控制車輛移動透過鍵盤來操作。我將程式碼中的的功能都寫在程式碼註記中。先新增Create->C# Script，並將下方的程式碼貼上你新增的C# Script，要注意的一點是，程式碼的名稱要跟C#程式的Class名稱相同，否則會出錯。
Step4：將程式碼掛載在Step1 GameObject之下，並在此GameObject下新增個Rigidbody。掛載好兩個元件會如下圖所示，並將Rigidbody拉到程式碼的Center Of Gravity欄位中。
Step5：調整上圖Car Controller程式碼中的public參數，並將Wheel Collider拖曳到上圖紅框框處，大致上是這樣，剩下的細節可以看到下方程式碼中的註解。
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine.UI;
public class CarController : MonoBehaviour {
//輪胎旋轉的標準值與最大值
public float idealRPM = 500f;
public float maxRPM = 1000f;
//車輛物件的Rigidbody，重量中心點的物件放置於此
public Transform centerOfGravity;
//Wheel Collider放置於此
public WheelCollider wheelFR;
public WheelCollider wheelFL;
public WheelCollider wheelRR;
public WheelCollider wheelRL;
//輪胎運算參數
public float turnRadius = 6f;
public float torque = 25f;
public float brakeTorque = 100f;
public float AntiRoll = 20000.0f;
//車輛的行車方向，向前與向後
public enum DriveMode { Front, Rear, All };
public DriveMode driveMode = DriveMode.Rear;
//在程式的生命週期Start時定位車輛中心點的重量
void Start() {
GetComponent<Rigidbody>().centerOfMass = centerOfGravity.localPosition;
}
//車輛速度運算，透過輪子RR的collider參數運算
public float Speed() {
return wheelRR.radius * Mathf.PI * wheelRR.rpm * 60f / 1000f;
}
public float Rpm() {
return wheelRL.rpm;
}
void FixedUpdate () {
//鍵盤控制input的按住時間，運算加速度
float scaledTorque = Input.GetAxis("Vertical") * torque;
if(wheelRL.rpm < idealRPM)
scaledTorque = Mathf.Lerp(scaledTorque/10f, scaledTorque, wheelRL.rpm / idealRPM );
else
scaledTorque = Mathf.Lerp(scaledTorque, 0, (wheelRL.rpm-idealRPM) / (maxRPM-idealRPM) );
//開始運算前後排輪胎的轉向與轉速
DoRollBar(wheelFR, wheelFL);
DoRollBar(wheelRR, wheelRL);
//輪胎左轉右轉鍵盤輸入
wheelFR.steerAngle = Input.GetAxis("Horizontal") * turnRadius;
wheelFL.steerAngle = Input.GetAxis("Horizontal") * turnRadius;
//開始控制每個輪胎的運動方向
wheelFR.motorTorque = driveMode==DriveMode.Rear ? 0 : scaledTorque;
wheelFL.motorTorque = driveMode==DriveMode.Rear ? 0 : scaledTorque;
wheelRR.motorTorque = driveMode==DriveMode.Front ? 0 : scaledTorque;
wheelRL.motorTorque = driveMode==DriveMode.Front ? 0 : scaledTorque;
//鍵盤控制Wheel Collider
if(Input.GetButton("Fire1")) {
wheelFR.brakeTorque = brakeTorque;
wheelFL.brakeTorque = brakeTorque;
wheelRR.brakeTorque = brakeTorque;
wheelRL.brakeTorque = brakeTorque;
}
else {
wheelFR.brakeTorque = 0;
wheelFL.brakeTorque = 0;
wheelRR.brakeTorque = 0;
wheelRL.brakeTorque = 0;
}
}
//輪胎轉動運算函式
void DoRollBar(WheelCollider WheelL, WheelCollider WheelR) {
WheelHit hit;
float travelL = 1.0f;
float travelR = 1.0f;
bool groundedL = WheelL.GetGroundHit(out hit);
if (groundedL)
travelL = (-WheelL.transform.InverseTransformPoint(hit.point).y - WheelL.radius) / WheelL.suspensionDistance;
bool groundedR = WheelR.GetGroundHit(out hit);
if (groundedR)
travelR = (-WheelR.transform.InverseTransformPoint(hit.point).y - WheelR.radius) / WheelR.suspensionDistance;
float antiRollForce = (travelL - travelR) * AntiRoll;
if (groundedL)
GetComponent<Rigidbody>().AddForceAtPosition(WheelL.transform.up * -antiRollForce,
WheelL.transform.position);
if (groundedR)
GetComponent<Rigidbody>().AddForceAtPosition(WheelR.transform.up * antiRollForce,
WheelR.transform.position);
}
}
小結
要在Unity中模擬出真實車輛移動的狀態，就必須要使用到本篇所介紹的Wheel Collider，因為他這邊所有的Componment係項都是有經過物理運算以及Unity的Project Setting中重力的交互才顯示出每一個Frame的動態效果，雖然參數是有點難懂，但大家可以透過Try Test來感受每個數值變化所帶來的汽車移動效果。而有關程式的部分其實可以先略過，大家只需要知道哪個坑要丟入哪個對應的物件即可，漫漫長路，總有一天會講的更深入的。
Reference:https://docs.unity3d.com/Manual/class-WheelCollider.html