Unity - Ray射線檢測

一：射線

Ray射線

定義：射線是一條從原點出發，沿某一方向運動的無限直線。

//創建一條初始位置爲startPos，方向爲dir的一條射線
Ray ray = new Ray (startPos, dir);

//創建一條從攝像機通過屏幕點的光線。
//得到的光線在世界空間中，從相機的近平面開始，經過屏幕上的(x,y)像素座標(位置)。z是忽略。
Ray camerRay = Camera.main.ScreenPointToRay (Input.mousePosition);

RaycastHit : 用於存儲發射射線後產生的碰撞信息。

常用的成員變量如下：

• collider 與射線發生碰撞的碰撞器
• distance 從射線起點到射線與碰撞器的交點的距離
• normal 射線射入平面的法向量
• point 世界空間中射線與碰撞體的交點的座標（Vector3對象）

具體的可以參考官方文檔

二：線性投射

1.Raycast :

從起點開始，向最大距離的方向發射一條射線，進行碰撞檢測，但是僅能檢測到第一個被射線碰撞的物體。
可以選擇提供一個 LayerMask 來過濾掉不需要的碰撞，結合RaycastHit可以獲取到碰撞信息。

定義：

public static bool Raycast(Vector3 origin, Vector3 direction, out RaycastHit hitInfo, float maxDistance, int layerMask);

有多個重載方法，具體參考官方文檔

示例代碼：

Ray ray = new Ray (startPos, dir);
RaycastHit hit;
Physics.Raycast(ray,out hit,distance);
//或者
Physics.Raycast(startPos,dir,out hit,distance);
Physics.Raycast(ray,out hit,distance,LayerMask.GetMask("ball"));

如圖：

ps: 對於射線的調試可以用 Debug.DrawRay() 或者 Gizmos 來繪製射線，方便調試。
如：Debug.DrawRay(startPos,dir,Color.red);

2.RaycastAll :

用法和Raycast差不多，區別在於可檢測射線路徑上的所有物體，返回一個RaycastHit[ ]。
示例代碼：

//檢測所有
RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(ray,distance);
RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll(ray,distance,LayerMask.GetMask("ball"));

3.Linecast:

如果有任何碰撞器與start和end之間的直線相交，返回true，否則false
示例代碼：

//兩點檢測: 如果有任何碰撞器與start和end之間的直線相交，返回true，否則false
bool isCrash = Physics.Linecast(startPos,endPos);
bool isCrash = Physics.Linecast(startPos,endPos,LayerMask.GetMask("ball"));

三：體型投射

1.BoxCast 立方體投射:

將方框沿射線投射，進行立方體範圍碰撞檢測，返回一個bool值。
和Raycast 一樣只能檢測第一個。（ps : BoxCastAll 檢測所有, 用法和BoxCast類似）

定義：以center爲中心創建一個大小爲halfExtents的立方體線框，向direction方向發射，最大距離爲maxDistance，根據layerMask過濾碰撞體，並且通過queryTriggerInteraction指定此查詢是否應觸發觸發器，hitInfo接收碰撞信息

//以center爲中心創建一個半徑大小爲halfExtents的立方體線框，向direction方向發射，最大距離爲maxDistance，根據layerMask過濾碰撞體，並且通過queryTriggerInteraction指定此查詢是否應觸發觸發器，hitInfo接收碰撞信息
public static bool BoxCast(Vector3 center, Vector3 halfExtents, Vector3 direction, out RaycastHit hitInfo, [Internal.DefaultValue("Quaternion.identity")] Quaternion orientation, [Internal.DefaultValue("Mathf.Infinity")] float maxDistance, [Internal.DefaultValue("DefaultRaycastLayers")] int layerMask, [Internal.DefaultValue("QueryTriggerInteraction.UseGlobal")] QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction);

示例代碼：

Ray ray = new Ray (startPos, dir);
RaycastHit hit;
bool isCrash = Physics.BoxCast(startPos,transform.localScale/2,dir,out hit);
bool isCrash = Physics.BoxCast(startPos,transform.localScale/2,dir,out hit,transform.rotation,distance,LayerMask.GetMask("ball"));

如圖：

2.SphereCast 球體投射：

和立方體投射類似，範圍爲球體，返回一個bool值，單一檢查。(SphereCastAll:檢測所有,返回RaycastHit[])
定義：以origin爲中心創建一個半徑爲radius的球體線框，向direction方向發射，最大距離爲maxDistance，根據layerMask過濾碰撞體，並且通過queryTriggerInteraction指定此查詢是否應觸發觸發器。

public static bool SphereCast(Vector3 origin, float radius, Vector3 direction, out RaycastHit hitInfo, [Internal.DefaultValue("Mathf.Infinity")] float maxDistance, [Internal.DefaultValue("DefaultRaycastLayers")] int layerMask, [Internal.DefaultValue("QueryTriggerInteraction.UseGlobal")] QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction);

示例代碼：

Ray ray = new Ray (startPos, dir);
RaycastHit hit;
bool isHit = Physics.SphereCast (startPos, transform.localScale.x/2, dir, out hit, m_MaxDistance);

演示：

3.CapsuleCast 膠囊體投射：

和上面兩種類似，檢測範圍爲膠囊體，返回一個bool值，單一檢查。(CapsuleCastAll:檢測所有,返回RaycastHit[])
定義：point1膠囊體頂端的球體中心，point2膠囊體末端的球體中心，半徑爲radius，向direction方向發射，最大距離爲maxDistance，根據layerMask過濾碰撞體，並且通過queryTriggerInteraction指定此查詢是否應觸發觸發器。

public static bool CapsuleCast(Vector3 point1, Vector3 point2, float radius, Vector3 direction, out RaycastHit hitInfo, [Internal.DefaultValue("Mathf.Infinity")] float maxDistance, [Internal.DefaultValue("DefaultRaycastLayers")] int layerMask, [Internal.DefaultValue("QueryTriggerInteraction.UseGlobal")] QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction);

示例代碼：

RaycastHit hit;
bool isHit = Physics.CapsuleCast(point1, point2,radius, direction, out hit, maxDistance, layerMask, queryTriggerInteraction);

四：相交檢測

注意："相交檢測” 每個方法都有對應的 “無內存分配” 方法，每次調用該方法時都是讀取緩存，不會重新分配內存，也就是說不會產生過多的內存垃圾。實際應用中也儘量採用“無內存分配”方法，可以提高一定性能。

比如：
OverlapBox 對應的 “無內存分配” 方法：OverlapBoxNonAlloc
OverlapSphere 對應的 “無內存分配” 方法：OverlapSphereNonAlloc
OverlapCapsule 對應的 “無內存分配” 方法：OverlapCapsuleNonAlloc

這些用法區別不大，詳情可以查看官網

1.OverlapBox 相交立方體：

用於檢測與立方體碰撞的所有collider信息。

**定義：以center爲中心創建一個半徑爲halfExtents的正立方體，通過layerMask過濾不需要的collider。返回一個collider集合 Collider[] **

public static Collider[] OverlapBox(Vector3 center, Vector3 halfExtents, Quaternion orientation, int layerMask);

演示：

2.OverlapSphere 相交球：

用於檢測與球體碰撞的所有collider信息。

**定義：以center爲中心創建一個半徑爲radius的球體，通過layerMask過濾不需要的collider。返回一個collider集合 Collider[] **

public static Collider[] OverlapSphere(Vector3 position, float radius, [Internal.DefaultValue("AllLayers")] int layerMask, [Internal.DefaultValue("QueryTriggerInteraction.UseGlobal")] QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction);

3.OverlapCapsule 相交膠囊體：

用於檢測與膠囊體碰撞的所有collider信息。
和以上類似

定義：

public static int OverlapCapsuleNonAlloc(Vector3 point0, Vector3 point1, float radius, Collider[] results, [Internal.DefaultValue("AllLayers")] int layerMask, [Internal.DefaultValue("QueryTriggerInteraction.UseGlobal")] QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction);

五：校驗檢測

和相交檢測類似，區別在於該類型方法 校驗是否發生了碰撞 ，返回的是bool值，而不是碰撞體信息集合，相對於性能較好。（ps：也會校驗自身的collider）

1.CheckBox 校驗立方體：

校驗該立方體是否與其他collider重疊。返回bool值

定義：

public static bool CheckBox(Vector3 center, Vector3 halfExtents, Quaternion orientation = Quaternion.identity, int layermask = DefaultRaycastLayers, QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction = QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

2.CheckSphere 校驗球：

校驗該球是否與其他collider重疊。返回bool值

定義：

public static bool CheckSphere(Vector3 position, float radius, int layerMask = DefaultRaycastLayers, QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction = QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

3.CheckCapsule 校驗膠囊體：

校驗該立方體是否與其他collider重疊。返回bool值

定義：

public static bool CheckCapsule(Vector3 start, Vector3 end, float radius, int layerMask = DefaultRaycastLayers, QueryTriggerInteraction queryTriggerInteraction = QueryTriggerInteraction.UseGlobal);

IgnoreCollision 忽略碰撞：

使碰撞檢測系統忽略collider1和collider2之間的所有碰撞。
這對於防止投射物與發射它們的物體發生碰撞是很有用的。

public static void IgnoreCollision(Collider collider1, Collider collider2, bool ignore = true);

六：調試技巧：

一般有兩種方法：

1.Debug.DrawRay：繪製一條射線。
示例：

//start:起點，dir:射線的方向和長度, red:顏色
Debug.DrawRay(start,dir,Color.red);

2. Gizmos：用於在場景視圖中提供可視化調試或設置幫助。（以上的演示動態圖就是通過該方法繪製的）

示例：

 void OnDrawGizmos () {
 //設置顏色
 Gizmos.color = Color.red;
 //繪製射線
 Gizmos.DrawRay (transform.position, transform.forward * distance);
 //繪製立方體線框
 Gizmos.DrawWireCube (transform.position + transform.forward * distance, transform.localScale);
}

最後

引用網友HONT的性能測試總結：

射線和線段的開銷非常小，可以忽略。

性能消耗順序：

從投射物來看： Box < Sphere < Capsule
從投射方法來看： CheckXXX < OverlapXXX < XXXCast