物理加速

原书边界：Chapter 5

Packt 第三版把本章命名为 Faster Physics。官方目录列出的核心范围如下；这些条目共同构成本章的一对一边界：

• Understanding the physics engine：纳入本章实验与验收，不拆到别章重复计数。
• Physics performance optimizations：纳入本章实验与验收，不拆到别章重复计数。

物理成本由固定步数、Broad Phase 候选对、Narrow Phase 接触、求解迭代、查询与同步共同决定。PhysX 版本和作业化实现会变化，但 timestep、Layer Matrix、Collider 复杂度、sleep 与 CCD 的成本模型仍成立。 因此，本章既保留 2019/2020 语境，也明确标出迁移到现代 Unity 时哪些是稳定原理、哪些只是版本相关接口。

场景里刚体一多，CPU 物理先爆

关卡里堆了几百个可交互箱子、敌人、子弹——渲染你已经合批了，GPU 不重，帧率却在混战时掉到 40。展开 Profiler → CPU Usage，Physics 和 FixedUpdate 占了主线程大半。这不是脚本写慢，而是 PhysX 每固定时间步都要做碰撞 broadphase、窄相检测和约束求解；刚体越多、接触对越多，成本近似线性上涨。

上一章你把美术资源瘦下来了；这章要解决的，是 3D 物理模拟本身的 CPU 账单。目标不是关掉物理，而是 少算不该算的碰撞、让不动的物体睡过去、别为少数高速弹丸把整个场景开到最高精度。

像工厂流水线：渲染是包装线，物理是冲压车间

想象一条工厂：包装线（Update） 按顾客下单节奏运转——帧率高就转得快，只负责把画面送到屏幕。冲压车间（PhysX） 则按固定节拍冲压——不管包装线多快，车间仍按 0.02 秒一拍 推进刚体。你在包装线上推箱子，车间下一拍才认；在车间节拍里施力，箱子才按物理规则动。

PhysX 就是冲压车间。Profiler 里看到的 Physics 模块，基本就是这间车间的电表读数。

FixedUpdate 与 Fixed Timestep

Fixed Timestep（固定时间步） 决定 每秒跑多少次物理。默认 50 次/秒；改成 0.01 就变 100 次——刚体更稳，但 Physics CPU 往往近似翻倍。

FixedUpdate 是你在车间节拍里伸手的窗口。Update 每渲染帧一次，适合读输入、插值相机；FixedUpdate 每物理步一次，适合 AddForce、MovePosition（Kinematic）等。

在 60 FPS 下，一帧可能 0、1 或 2 次 FixedUpdate——帧时间短时物理步会「追」上来。因此 不要在 Update 里直接改 transform.position 驱动 Dynamic Rigidbody（会被物理步覆盖且抖动）；施力、改速度应进 FixedUpdate 或用 Rigidbody.MovePosition（Kinematic）。

Layer Collision Matrix：关掉不该撞的层

Layer Collision Matrix（层碰撞矩阵） 是 broadphase 的第一道筛子。场景里有 Default、Player、Enemy、Projectile、Trigger 等层时，敌人与敌人、装饰物与装饰物 往往不需要两两检测——矩阵里关掉，PhysX 连 broadphase 对都不会建。

每个 GameObject 的 Layer（Inspector 顶部）决定它参与哪一行/列。Physics.Raycast 也可通过 layerMask 只打需要的层，减少射线与场景碰撞体的测试次数。

Rigidbody Sleep：静止的箱子别每拍都算

Rigidbody Sleep（刚体睡眠） 像关电的冲压机——堆在角落不再动的箱子，不应每 0.02 秒仍参与求解。

唤醒 条件：与其它 Awake 体碰撞、受力、WakeUp()、Kinematic 体移动穿过等。因此 频繁微抖的物体很难睡——检查是否脚本每帧给微小力、或碰撞体嵌进地面。

Project Settings → Physics 可调 Sleep Threshold、Default Contact Offset 等；一般先用默认，优化重点是 减少无意义的 Awake 刚体数量（见下文清单）。

离散 vs 连续碰撞检测

Collision Detection（碰撞检测模式） 是精度与成本的开关。

Discrete（默认）：每物理步看一次位置——便宜，适合大多数行走、慢速交互。Continuous Dynamic / Continuous Speculative：沿运动方向扫掠，防止子弹、高速球 穿墙（tunneling）——更贵，只应给少数高速 Dynamic 刚体。

动手：物理性能排查清单

下面五步把「Physics 顶满」从测量到改动走通。每切一步，示意图对应当前关注点——建议在混战场景里同步打开 Profiler（Physics 模块）。

猜一猜：500 个堆叠静止箱子和 500 个每帧被 AddForce 的箱子，哪个更可能让 Sleep 失效？

代码速查：Layer、Sleep 与检测模式

// 射线只打 Enemy 层（layer 名需与 Tags and Layers 一致）
int mask = LayerMask.GetMask("Enemy");
if (Physics.Raycast(origin, dir, out RaycastHit hit, 100f, mask)) { /* ... */ }
 
// 脚本唤醒 / 强制睡眠（慎用 ForceSleep，需确知无接触）
rb.WakeUp();
// rb.Sleep(); // 仅当确定无交互时使用
 
// 运行时改碰撞检测（仅高速弹丸）
bulletRb.collisionDetectionMode = CollisionDetectionMode.ContinuousDynamic;

MeshCollider：非 convex 不能与 Dynamic Rigidbody 做可靠碰撞，且更贵——角色控制器常用 Capsule + 简化 Mesh（convex hull）。

容易踩的坑

小结

• Fixed Timestep 决定每秒物理步数；FixedUpdate 与 PhysX 同步，Update 与渲染同步
• Layer Collision Matrix 在引擎层剔除层对，比脚本 ignore 更早、更省
• Rigidbody Sleep 让静止物体退出模拟；微抖、持续接触会阻止睡眠
• Discrete 默认够用；Continuous 只给高速小 Dynamic 体，全局开启极贵
• Profiler Physics / FixedUpdate 验收；优化顺序：步频 → 矩阵 → Sleep/刚体数量 → CCD/碰撞体形状