Unity 大型手游碰撞性能优化指南

版本: 2.1
作者: Unity性能优化团队
语言: 中文

前言

在Unity大型手游的开发征途中，碰撞检测如同一位隐形的舞者，它在游戏的物理世界中赋予物体交互的灵魂。然而，当这位舞者的舞步变得繁复冗余时，便会悄然消耗宝贵的计算资源，导致帧率下降、耗电量增加，甚至引发卡顿，严重影响用户体验。尤其在追求极致性能与流畅体验的今天，碰撞检测的性能优化已成为衡量一款大型手游品质的关键指标。网易、腾讯等业界领军者在此领域积累了丰富的实战经验，他们的探索揭示了许多开发者在不经意间养成的“不良代码习惯”，这些习惯如温水煮蛙，初期不易察觉，但随着项目体量的膨胀，其性能隐患将暴露无遗。本指南旨在深入剖析Unity碰撞检测的性能关键点，分享业界领先的优化策略与实践经验，助您构建高性能、高稳定性的手游项目。

第一章：Unity碰撞检测基础与性能概览

理解Unity物理引擎的碰撞检测机制是优化的前提。Unity主要依赖NVIDIA的PhysX物理引擎（3D）和Box2D（2D，可通过设置切换）。

1.1 碰撞体类型 (Colliders)

静态碰撞体 (Static Colliders): 没有附加Rigidbody组件的碰撞体。它们设计为场景中固定不动的物体，如墙壁、地面。移动静态碰撞体会引发引擎重新计算整个物理场景的静态碰撞树，代价极高。
刚体碰撞体 (Rigidbody Colliders): 附加了Rigidbody组件的碰撞体，受物理引擎控制，可以移动和响应力、碰撞。
运动学刚体碰撞体 (Kinematic Rigidbody Colliders): 附加了Rigidbody组件并勾选了Is Kinematic的碰撞体。它们不受物理力的影响，但可以通过Transform或动画移动，并能触发碰撞事件。移动Kinematic Rigidbody的开销低于移动普通Rigidbody，但仍高于不移动。

1.2 碰撞检测阶段

物理引擎的碰撞检测通常分为几个阶段：

粗略阶段 (Broad Phase): 快速排除不可能发生碰撞的物体对。Unity使用一种空间划分结构（如AABB树）来管理场景中的碰撞体，迅速剔除距离较远的物体。
中段阶段 (Mid Phase): 对粗略阶段筛选出的物体对进行更精确的筛选。
精确阶段 (Narrow Phase): 对中段阶段筛选出的物体对进行精确的几何相交测试，确定碰撞点、法线等信息。这是计算最密集的部分。

1.3 碰撞事件与触发器

碰撞 (Collision): OnCollisionEnter, OnCollisionStay, OnCollisionExit。当两个碰撞体实际发生物理接触、产生力反馈时触发。需要至少一个物体带有非Kinematic的Rigidbody。
触发 (Trigger): OnTriggerEnter, OnTriggerStay, OnTriggerExit。当一个碰撞体进入另一个标记为Is Trigger的碰撞体范围时触发，不产生物理效果。计算开销通常小于物理碰撞。

性能提示: 理解这些基础概念，有助于我们后续分析不同操作的性能影响。

第二章：常见的碰撞检测性能瓶颈与不良代码习惯

以下列举了在大型手游项目中常见的导致碰撞检测性能下降的不良习惯。

问题1：在`Update`/`FixedUpdate`中频繁创建/销毁碰撞体或`GameObject`

问题描述: 在高频调用的Update或FixedUpdate函数中动态Instantiate带有碰撞体的GameObject或AddComponent<Collider>()，以及对应的Destroy操作。
性能影响:
- Instantiate和Destroy本身有开销，涉及内存分配和回收。
- 每次创建新的碰撞体，物理引擎需要将其添加到物理场景中，更新其内部数据结构（如粗略阶段的AABB树），这可能导致短暂的性能峰值。
- 频繁销毁同样需要从物理场景中移除并更新结构。
严重程度: 高

问题2：在`Update`/`FixedUpdate`中频繁启用/禁用碰撞体或`GameObject`

问题描述: 通过collider.enabled = false/true或gameObject.SetActive(false/true)频繁改变碰撞体的激活状态。
性能影响: 虽然比创建/销毁开销小，但频繁启用/禁用碰撞体同样会通知物理引擎更新其内部状态，尤其是在大量对象上操作时，累积开销不容忽视。
严重程度: 中

问题3：不必要的`GetComponent<Collider>()`调用

问题描述: 在Update、FixedUpdate或高频触发的碰撞回调函数（如OnCollisionStay）中反复调用GetComponent<Collider>()。
性能影响: GetComponent有一定的开销，在高频场景下累积起来会消耗CPU。
严重程度: 中