【Unity3D赛车游戏】【四】在Unity中添加阿克曼转向，下压力，质心会让汽车更稳定

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👨‍💻 本文由 秩沅 原创

👨‍💻 收录于专栏：Unity游戏demo

⭐🅰️Unity3D赛车游戏⭐

⭐前言⭐

–
😶‍🌫️版本: Unity2021
😶‍🌫️适合人群：Unity初学者
😶‍🌫️学习目标：3D赛车游戏的基础制作
😶‍🌫️技能掌握：

🎶（A）车辆优化——阿克曼转向添加

😶‍🌫️认识阿克曼转向

引用：阿克曼转向是一种现代汽车的转向方式，也是移动机器人的一种运动模式，在汽车转弯的时候，内外轮转过的角度不一样，内侧轮胎转弯半径小于外侧轮胎

原理图:
_____________
简单理解：一个杆子把左轮和右轮连接起来一起转。

左轮的旋转的半径小于右轮

优点:大大减小了车轮转向需要的空间，转向更加稳定

• 阿克曼公式：

β为汽车前外轮转角，α为汽车前内轮转角，K为两主销中心距，L为轴距。

😶‍🌫️区别：

• 未添加阿克曼转向之前的原理：

  通过控制轮子的最大转向范围来转向

• 添加之后

  更稳定，机动性更强

😶‍🌫️关键代码

• 后轮距尺寸设置为1.5f ，轴距设置为2.55f ，radius 默认为6，radius 越大旋转的角度看起来越小

 if (horizontal > 0 ) {
//后轮距尺寸设置为1.5f ，轴距设置为2.55f ，radius 默认为6，radius 越大旋转的角度看起来越小
            wheels[0].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * horizontal;
            wheels[1].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius - (1.5f / 2))) * horizontal;
        } else if (horizontal < 0 ) {                                                          
            wheels[0].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius - (1.5f / 2))) * horizontal;
            wheels[1].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * horizontal;

        } else {
            wheels[0].steerAngle =0;
            wheels[1].steerAngle =0;
        }

😶‍🌫️完整代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//-------------------------------------
//—————————————————————————————————————
//___________项目:       ______________
//___________功能：  车轮的运动
//___________创建者：_______秩沅________
//_____________________________________
//-------------------------------------

//驱动模式的选择
public enum EDriveType
{
    frontDrive,   //前轮驱动
    backDrive,    //后轮驱动
    allDrive      //四驱
}


public class WheelMove : MonoBehaviour
{
    //-------------------------------------------
    //四个轮子的碰撞器
    public WheelCollider[] wheels ;

    //网格的获取
    public GameObject[] wheelMesh;

    //扭矩力度
    public float motorflaot = 200f;
  
    //初始化三维向量和四元数
    private Vector3 wheelPosition = Vector3.zero;
    private Quaternion wheelRotation = Quaternion.identity;
    //-------------------------------------------

    //驱动模式选择 _默认前驱
    public EDriveType DriveType = EDriveType.frontDrive;

    //轮半径
    public float radius = 0.25f;


    private void FixedUpdate()
    {
        WheelsAnimation(); //车轮动画

        VerticalContorl(); //驱动管理

        HorizontalContolr(); //转向管理

    }


    //垂直轴方向管理（驱动管理）
    public void VerticalContorl()
    {

        switch (DriveType)
        {
            case EDriveType.frontDrive: 
                //选择前驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length - 2; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical *(motorflaot / 2); //扭矩马力归半
                    }
                }
                break;
            case EDriveType.backDrive:
                //选择后驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 2; i < wheels.Length; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical * (motorflaot / 2); //扭矩马力归半
                    }
                }
                break;
            case EDriveType.allDrive:
                //选择四驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical * ( motorflaot / 4 ); //扭矩马力/4
                    }
                }
                break;
            default:
                break;
        }

       

    }

    //水平轴方向管理（转向管理）
    public void HorizontalContolr()
    {
  

        if (InputManager.InputManagerment.horizontal > 0)
        {
            //后轮距尺寸设置为1.5f ，轴距设置为2.55f ，radius 默认为6，radius 越大旋转的角度看起来越小
            wheels[0].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
            wheels[1].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius - (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
        }
        else if (InputManager.InputManagerment.horizontal < 0)
        {
            wheels[0].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius - (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
            wheels[1].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
       
        }
        else
        {
            wheels[0].steerAngle = 0;
            wheels[1].steerAngle = 0;
        }

    }


    //车轮动画相关
    public  void WheelsAnimation()
    {
        for (int i = 0; i < wheels.Length ; i++)
        {
            //获取当前空间的车轮位置 和 角度
            wheels[i].GetWorldPose(out wheelPosition, out wheelRotation);

            //赋值给
            wheelMesh[i].transform.position = wheelPosition;
            print(wheelRotation);
            wheelMesh[i].transform.rotation = wheelRotation * Quaternion .AngleAxis (90,Vector3 .forward );
           
        }
        
    }
}

        }
        
    }
}

🎶（B）车辆优化——车身持续稳定的优化

WheelMove脚本 ——> CarMoveControl脚本 更改脚本名

😶‍🌫️速度属性实时转换

• 每小时多少公里 和 每秒多少米的对应关系 ——1m/s = 3.6km/h

速度属性建议改成Int类型 ，float类型会上下浮动不准确

 //1m/s = 3.6km/h

        Km_H =(int)(rigidbody.velocity.magnitude * 3.6) ;
        Km_H = Mathf.Clamp( Km_H,0, 200 );   //油门速度为 0 到 200 Km/H之间

• 相机测速 m/s
  

  //相机监测实时速度
          Control = target.GetComponent<CarMoveControl>();

          speed = (int )Control.Km_H / 4;
        
          speed = Mathf.Clamp(0, 55,speed );   //对应最大200公里每小时

• 添加四个轮子的实时速度，对应虚度属性，可以明显的观察四驱和二驱的汽车动力

    //车辆物理属性相关
    public void VerticalAttribute()
    {
        //1m/s = 3.6km/h
        Km_H =(int)(rigidbody.velocity.magnitude * 3.6) ;
        Km_H = Mathf.Clamp( Km_H,0, 200 );   //油门速度为 0 到 200 Km/H之间


        //显示每个轮胎的扭矩
        f_right = wheels[0].motorTorque;
        f_left  = wheels[1].motorTorque;
        b_right = wheels[2].motorTorque;
        b_left  = wheels[3].motorTorque;
    }

😶‍🌫️为车子添加下压力

知识百科: 什么是下压力
下压力是车在行进中空气在车体上下流速不一产生的,使空气的总压力指向地面从而增加车的抓地力.

速度越大，下压力越大，抓地更强，越不易翻车

• 关键代码

  //-------------下压力添加-----------------

        //速度越大，下压力越大，抓地更强
        rigidbody.AddForce(-transform.up * downForceValue * rigidbody.velocity .magnitude );

😶‍🌫️质心的添加centerMess

知识百科：什么是质心?——质量中心
汽车制造商在设计汽车时会考虑质心的位置和重心高度，以尽可能减小质心侧偏角。 一些高性能汽车甚至会采用主动悬挂系统来控制车身侧倾，从而减小质心侧偏角，提高车辆的稳定性和操控性。

质量中心越贴下，越不容易翻

        //-------------质量中心同步----------------

        //质量中心越贴下，越不容易翻
        rigidbody.centerOfMass = CenterMass;

• 手刹的添加

        //手刹管理
    public void HandbrakControl()
    {
        if(InputManager.InputManagerment .handbanl )
        {     
            //后轮刹车
            wheels[2].brakeTorque  = brakVualue;
            wheels[3].brakeTorque  = brakVualue;
        }
        else
        {
            wheels[2].brakeTorque = 0;
            wheels[3].brakeTorque = 0;
        }
    }

😶‍🌫️轮胎的平滑度的显示

wheelhit.forwardSlip;用来观看刹车轮胎在滚动方向上打滑。加速滑移为负，制动滑为正
_______

    for (int i = 0; i < slip.Length; i++)
    {
            WheelHit wheelhit;

            wheels[i].GetGroundHit(out wheelhit);

            slip[i] = wheelhit.forwardSlip; //轮胎在滚动方向上打滑。加速滑移为负，制动滑为正
    }               

🎶（C）脚本记录

CarMoveContorl

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//-------------------------------------
//—————————————————————————————————————
//___________项目:       ______________
//___________功能：  车轮的运动
//___________创建者：_______秩沅________
//_____________________________________
//-------------------------------------

//驱动模式的选择
public enum EDriveType
{
    frontDrive,   //前轮驱动
    backDrive,    //后轮驱动
    allDrive      //四驱
}


public class CarMoveControl : MonoBehaviour
{
    //-------------------------------------------
    //四个轮子的碰撞器
    public WheelCollider[] wheels ;

    //网格的获取
    public GameObject[] wheelMesh;
 
    //初始化三维向量和四元数
    private Vector3 wheelPosition = Vector3.zero;
    private Quaternion wheelRotation = Quaternion.identity;
    //-------------------------------------------

    //驱动模式选择 _默认前驱
    public EDriveType DriveType = EDriveType.frontDrive;

    //----------车辆属性特征-----------------------

    //车刚体
    public Rigidbody rigidbody;
    //轮半径
    public float radius = 0.25f;
    //扭矩力度
    public float motorflaot = 8000f;
    //刹车力
    public float brakVualue = 800000f;
    //速度：每小时多少公里
    public int Km_H;
    //下压力
    public float downForceValue = 1000f; 

    //四个轮胎扭矩力的大小
    public float f_right;
    public float f_left;
    public float b_right;
    public float b_left;

    //车轮打滑参数识别
    public float[] slip ;

    //质心
    public Vector3 CenterMass;

    //一些属性的初始化
    private void Start()
    {
        rigidbody = GetComponent<Rigidbody>();
        slip = new float[4];

     }

    private void FixedUpdate()
    {
        VerticalAttribute();//车辆物理属性管理

        WheelsAnimation(); //车轮动画

        VerticalContorl(); //驱动管理

        HorizontalContolr(); //转向管理

        HandbrakControl(); //手刹管理


    }

    //车辆物理属性相关
    public void VerticalAttribute()
    {
        //---------------速度实时---------------
        //1m/s = 3.6km/h
        Km_H =(int)(rigidbody.velocity.magnitude * 3.6) ;
        Km_H = Mathf.Clamp( Km_H,0, 200 );   //油门速度为 0 到 200 Km/H之间

        //--------------扭矩力实时---------------
        //显示每个轮胎的扭矩
        f_right = wheels[0].motorTorque;
        f_left  = wheels[1].motorTorque;
        b_right = wheels[2].motorTorque;
        b_left  = wheels[3].motorTorque;

        //-------------下压力添加-----------------

        //速度越大，下压力越大，抓地更强
        rigidbody.AddForce(-transform.up * downForceValue * rigidbody.velocity .magnitude );

        //-------------质量中心同步----------------

        //质量中心越贴下，越不容易翻
        rigidbody.centerOfMass = CenterMass;
    }

    //垂直轴方向运动管理（驱动管理）
    public void VerticalContorl()
    {

        switch (DriveType)
        {
            case EDriveType.frontDrive: 
                //选择前驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length - 2; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical *(motorflaot / 2); //扭矩马力归半
                    }
                }
                else
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length - 2; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = 0; 
                    }
                }
                break;
            case EDriveType.backDrive:
                //选择后驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 2; i < wheels.Length; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical * (motorflaot / 2); //扭矩马力归半
                    }
                }
                else
                {
                    for (int i = 2; i < wheels.Length ; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = 0;
                    }
                }
                break;
            case EDriveType.allDrive:
                //选择四驱
                if (InputManager.InputManagerment.vertical != 0) //当按下WS键时生效
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = InputManager.InputManagerment.vertical * ( motorflaot / 4 ); //扭矩马力/4
                    }
                }
                else
                {
                    for (int i = 0; i < wheels.Length; i++)
                    {
                        //扭矩力度
                        wheels[i].motorTorque = 0;
                    }
                }
                break;
            default:
                break;
        }

       

    }

    //水平轴方向运动管理（转向管理）
    public void HorizontalContolr()
    {
  

        if (InputManager.InputManagerment.horizontal ！= 0)
        {
            //后轮距尺寸设置为1.5f ，轴距设置为2.55f ，radius 默认为6，radius 越大旋转的角度看起来越小
            wheels[0].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
            wheels[1].steerAngle = Mathf.Rad2Deg * Mathf.Atan(2.55f / (radius + (1.5f / 2))) * InputManager.InputManagerment.horizontal;
        }

        else
        {
            wheels[0].steerAngle = 0;
            wheels[1].steerAngle = 0;
        }

    }

    //手刹管理
    public void HandbrakControl()
    {
        if(InputManager.InputManagerment .handbanl )
        {
            //后轮刹车
            wheels[2].brakeTorque  = brakVualue;
            wheels[3].brakeTorque  = brakVualue;
        }
        else
        {
            wheels[2].brakeTorque = 0;
            wheels[3].brakeTorque = 0;
        }

        //------------刹车效果平滑度显示------------

        for (int i = 0; i < slip.Length; i++)
        {
            WheelHit wheelhit;

            wheels[i].GetGroundHit(out wheelhit);

            slip[i] = wheelhit.forwardSlip; //轮胎在滚动方向上打滑。加速滑移为负，制动滑为正
        }
        

    }


    //车轮动画相关
    public  void WheelsAnimation()
    {
        for (int i = 0; i < wheels.Length ; i++)
        {
            //获取当前空间的车轮位置 和 角度
            wheels[i].GetWorldPose(out wheelPosition, out wheelRotation);

            //赋值给
            wheelMesh[i].transform.position = wheelPosition;
            
            wheelMesh[i].transform.rotation = wheelRotation * Quaternion .AngleAxis (90,Vector3 .forward );
           
        }
        
    }
}

CameraFllow

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//-------------------------------------
//—————————————————————————————————————
//___________项目:       ______________
//___________功能： 相机的跟随
//___________创建者：秩沅_______________
//_____________________________________
//-------------------------------------
public class CameraFllow : MonoBehaviour
{
    //目标物体
    public Transform target;
    private CarMoveControl Control;
    public int  speed;

    //鼠标滑轮的速度
    public float ScrollSpeed = 45f;

    //Y轴差距参数
    public float Ydictance = 0f; 
    public float  Ymin = 0f;
    public float  Ymax  = 4f;

    //Z轴差距参数
    public float Zdictance = 4f;
    public float Zmin = 4f;
    public float Zmax = 8f;

    //相机看向的角度 和最終位置
    public float angle = -25 ;
    public Vector3 lookPosition;

    void LateUpdate()
    {
        //Z轴和Y轴的距离和鼠标滑轮联系

        Ydictance += Input.GetAxis("Mouse ScrollWheel") * ScrollSpeed * Time.deltaTime;//平滑效果
        Zdictance += Input.GetAxis("Mouse ScrollWheel") * ScrollSpeed * Time.deltaTime;

        //設置Y軸和x轴的滚轮滑动范围 
        Ydictance = Mathf.Clamp(Ydictance , Ymin ,Ymax )  ; 
        Zdictance = Mathf.Clamp(Zdictance , Zmin, Zmax )  ;

        //确定好角度，四元数 * 三维向量 = 三维向量
        lookPosition = Quaternion.AngleAxis(angle, target .right) * -target.forward ;

        //更新位置
        transform.position = target.position + Vector3.up * Ydictance - lookPosition  * Zdictance  ;

        //更新角度
        transform.rotation = Quaternion.LookRotation(lookPosition);

        //实时速度
          Control = target.GetComponent<CarMoveControl>();

          speed = (int )Control.Km_H / 4;
        
          speed = Mathf.Clamp(speed,0, 55 );   //对应最大200公里每小时

    }
}

InputMana

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//-------------------------------------
//—————————————————————————————————————
//___________项目:       ______________
//___________功能： 输入控制管理器
//___________创建者：秩沅_______________
//_____________________________________
//-------------------------------------
public class InputManager : MonoBehaviour
{
    //单例模式管理
    static private InputManager inputManagerment;
    static public InputManager InputManagerment => inputManagerment;

    public float horizontal;  //水平方向动力值
    public float vertical;    //垂直方向动力值
    public bool  handbanl;    //手刹动力值

    void Awake()
    {
        inputManagerment = this;
    }

    void Update()
    {
        //与Unity中输入管理器的值相互对应

        horizontal = Input.GetAxis("Horizontal");
          vertical = Input.GetAxis("Vertical");
          handbanl = Input.GetAxis("Jump")!= 0 ? true :false ; //按下空格键时就是1，否则为0

    }
}

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