Unity: физический контроллер персонажа

Геймпад поверх наложенного кода

Контроллер персонажа с физикой — это распространённый способ реализовать реалистичное движение в играх. Такой подход даёт естественные реакции на столкновения и силы, но требует понимания физики Unity (Rigidbody, силы, крутящий момент, коллайдеры и слои). Ниже шаг за шагом описано создание базового контроллера на C#, затем — улучшения, отладка и варианты под разные задачи.

Что мы создаём

Коротко: сцена с плоским ландшафтом (Plane), кубом как моделью игрока (Cube) и камерой третьего лица. Куб становится физическим объектом через Rigidbody. Скрипт на C# добавляет движение вперёд/назад, повороты и прыжок.

Ключевые понятия (в 1–2 строках):

Rigidbody — компонент Unity, отвечающий за физическое поведение объекта.
AddForce / AddTorque — методы для применения силы и крутящего момента.
FixedUpdate — функция Unity для физики, вызывается с фиксированным шагом.

Шаг 1: Создание сцены с игроком и плоскостью

Контроллер персонажа Unity в 3D-пространстве

Откройте Unity и создайте новый проект.
В Hierarchy правой кнопкой — 3D Object → Plane. Это будет ваш тестовый ландшафт. Можно масштабировать Plane для большой зоны тестирования.
В Hierarchy — 3D Object → Cube. Это временная модель игрока.
Выберите Cube → Inspector → Add Component → Rigidbody. Включите Use Gravity.
Разместите Main Camera над кубом; перетащите камеру на Cube в Hierarchy, чтобы сделать её дочерним объектом — камера будет следовать за кубом.

Простой тест: нажмите Play — куб должен упасть на плоскость и камера следовать за ним.

Важно: этот базовый набор компонентов позволяет быстро начать, но для финального проекта замените Cube на модель персонажа с корректными коллайдерами.

Шаг 2: Создание C# файла

Создайте папку Scripts в Project. Внутри — Create → C# Script и назовите файл, например, Character_Control. Откройте файл и убедитесь, что структура класса корректна:

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Character_Control : MonoBehaviour {
    void Start() {
    }

    void Update() {
    }
}

Примечание: для работы с физикой используйте FixedUpdate вместо Update, когда применяете силы к Rigidbody — об этом ниже.

Шаг 3: Движение вперёд и назад через AddForce

Добавьте публичные переменные в класс, чтобы задавать Rigidbody и скорость из инспектора:

public Rigidbody rigidbody;
public float speed;

В Start присвойте компонент rigidbody:

void Start() {
    rigidbody = GetComponent();
}

Исходный пример использует Input.GetKey и AddForce:

if (Input.GetKey("w")) {
    rigidbody.AddForce(transform.forward * speed);
}

if (Input.GetKey("s")) {
    rigidbody.AddForce((transform.forward * -1) * speed);
}

Однако есть важные улучшения и замечания:

Для физики используйте FixedUpdate вместо Update, чтобы силы применялись согласованно с шагом симуляции.
Используйте Time.fixedDeltaTime или ForceMode для предсказуемой силы при разных настройках скорости кадров.
Лучше применять относительную силу с ForceMode.VelocityChange, если вы хотите мгновенно менять скорость, или ForceMode.Force для постепенного ускорения.
Для плавного управления используйте Input.GetAxis(“Vertical”) вместо отдельных GetKey — это даёт аналоговые значения (от -1 до 1).

Пример улучшенного фрагмента:

void FixedUpdate() {
    float moveInput = Input.GetAxis("Vertical"); // -1..1
    Vector3 force = transform.forward * moveInput * speed;
    rigidbody.AddForce(force, ForceMode.Force);
}

Если куб начинает катиться или крутиться, зайдите в Rigidbody и зафиксируйте вращение по осям X и Z (Constraints → Freeze Rotation X,Z). Этот шаг предотвращает переворачивания при столкновениях.

Шаг 4: Повороты через AddTorque

Добавьте переменную torque:

public float torque;

Исходный код использует Input.GetAxis(“Horizontal”) и AddTorque:

if (Input.GetKey("d")) {
    float turn = Input.GetAxis("Horizontal");
    rigidbody.AddTorque(transform.up * torque * turn);
}

if (Input.GetKey("a")) {
    float turn = Input.GetAxis("Horizontal");
    rigidbody.AddTorque(transform.up * torque * turn);
}

Упрощённый и улучшенный вариант в FixedUpdate:

void FixedUpdate() {
    float moveInput = Input.GetAxis("Vertical");
    float turnInput = Input.GetAxis("Horizontal");

    rigidbody.AddForce(transform.forward * moveInput * speed, ForceMode.Force);
    rigidbody.AddTorque(transform.up * turnInput * torque, ForceMode.Force);
}

Советы по настройке:

Меняйте массу (Mass) и затухание (Drag) у Rigidbody для регулировки инерции и торможения.
Torque зависит от массы; если персонаж слишком медленно поворачивается, увеличьте torque или уменьшите массу.
Для более игрового (не физического) управления используйте transform.Rotate вместе с подконтролем коллизий, но в этом случае вы теряете реакцию физики.

Пример рекомендованных начальных значений (пример): Mass = 1, Drag = 1, torque = 2.

Шаг 5: Прыжок с контролем высоты

Прыжок требует контроля: игрок должен подпрыгивать ограниченно и не «многократно» в воздухе. Для этого используйте флаг isJumping и проверку на землю.

Исходный примитивный пример из текста:

private bool isJumping = false;

if (!isJumping) {
    if (Input.GetKeyDown("space")) {
        isJumping = true;
        rigidbody.AddForce(transform.up * speed * 120);
        rigidbody.angularVelocity = Vector3.zero;
        Invoke("Move_Setter", 0.8f);
    }
}

void Move_Setter() {
    isJumping = false;
}

Этот код работает, но имеет недостатки: Invoke с фиксированным временем не учитывает высоту прыжка, платформы или возможность восстановления в воздухе. Лучше определить, находится ли объект на земле, через Raycast или коллайдер, и использовать физически корректное приложение силы с ForceMode. Вот улучшенный подход.

Пример улучшенного кода для прыжка с проверкой земли:

public float jumpForce = 5f;
public Transform groundCheck; // пустой объект внизу модели
public float groundCheckDistance = 0.1f;
public LayerMask groundLayers; // слои, считающиеся землёй
private bool isGrounded = false;

void FixedUpdate() {
    // движение и поворот как выше
}

void Update() {
    // проверка ввода прыжка в Update
    if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space) && isGrounded) {
        rigidbody.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
    }
}

void LateUpdate() {
    // простая проверка на землю
    isGrounded = Physics.Raycast(groundCheck.position, Vector3.down, groundCheckDistance, groundLayers);
}

Пояснения:

groundCheck — пустой объект (empty GameObject) на уровне стоп персонажа. Raycast проверяет, есть ли земля под персонажем.
ForceMode.Impulse применяется для мгновенного импульса (подходит для прыжка).
Это надёжнее, чем «таймер», так как прыжок снова возможен только после реального контакта с землёй.

Общие улучшения и лучшие практики

FixedUpdate для всех действий, изменяющих Rigidbody (AddForce, AddTorque, MovePosition, MoveRotation).
Input собирайте в Update (например, флаги или оси), а применяйте в FixedUpdate.
Нормализуйте векторы перед умножением на скорость, если комбинируете направления (чтобы диагональная скорость не была больше).
Используйте constraints в Rigidbody, чтобы отключить ненужные степени свободы (например, зафиксировать ось Y вращения для 2D-плоскости).
При необходимости используйте Physics Materials для управления скольжением и сцеплением поверхностей.
Для персонажа, требующего точного контроля (платформер, шутер), рассмотрите использование CharacterController или кинематического управления, вместо физики.

Отладка и распространённые проблемы

Important: если объект крутится или ведёт себя нестабильно:

Проверьте коллайдеры: пересекающиеся или слишком большие коллайдеры могут создавать непредсказуемые силы.
Заморозьте ненужные вращения (Freeze Rotation) или используйте constraints.
Убедитесь, что не применяете силы одновременно в Update и FixedUpdate.
Проверяйте консоль Unity на ошибки компиляции и предупреждения о несоответствиях типов.

Если прыжки срабатывают несколько раз подряд или персонаж «застревает» в воздухе — используйте Raycast/OnCollisionEnter для надёжного определения контакта с землёй.

Альтернативные подходы

CharacterController: компонент Unity, предоставляющий методы Move и SimpleMove. Он не использует Rigidbody и даёт точный контроль над движением (удобно для платформ и шутеров).
Kinematic Rigidbody: используйте Rigidbody в режиме kinematic и вручную управляйте позицией через MovePosition и MoveRotation.
Контроль через NavMeshAgent: для NPC и навигации на уровне сцены.
Смешанный подход: физика для столкновений, но управление через контролируемое изменение позиции.

Когда физика не подходит:

Нужен стабильный, предсказуемый контроль (например, в соревновательных играх с быстрым откликом).
Взаимодействия с физикой приводят к слишком затруднённым багам (задевания, «флиппинг»).

Стратегия тестирования и Критерии приёмки

Критерии приёмки:

Персонаж движется вперёд/назад при нажатии W/S с предсказуемой скоростью.
Персонаж поворачивается влево/вправо при нажатии A/D без заметного дрожания.
Прыжок срабатывает только при контакте с землёй; повторный прыжок в воздухе невозможен.
При фиксации вращений по X/Z куб не переворачивается при столкновениях.

Тест-кейсы:

Нажать W: персонаж ускоряется вперед.
Нажать S: персонаж движется назад.
Нажать A/D: поворот вокруг оси Y с ожидаемой скоростью.
Прыжок: нажать пробел на земле — персонаж подпрыгивает; нажать пробел в воздухе — прыжок не срабатывает.
Столкновение со стеной: персонаж не проходит сквозь коллайдер.

Чек-листы по ролям

Для разработчика:

Добавить Rigidbody и Collider.
Создать скрипт управления и присвоить его объекту.
Тестировать FixedUpdate и Update разделение.
Настроить groundCheck и слои земли.

Для дизайнера уровня:

Проверить геометрию коллайдеров на сцене.
Убедиться, что навигационные области не пересекаются с физическими объектами.

Для QA:

Выполнить все тест-кейсы из Критерии приёмки.
Проверить экстремальные случаи (высокая скорость, наклонные поверхности).

Примеры улучшенных скриптов — «чистая» версия

Ниже пример компактного, практичного скрипта, который объединяет всё вышеописанное (комментарии внутри):

using UnityEngine;

[RequireComponent(typeof(Rigidbody))]
public class SimplePhysicsCharacter : MonoBehaviour {
    public float speed = 5f;
    public float torque = 2f;
    public float jumpForce = 5f;

    public Transform groundCheck;
    public float groundCheckDistance = 0.1f;
    public LayerMask groundLayers;

    private Rigidbody rb;
    private float moveInput;
    private float turnInput;
    private bool jumpRequest;
    private bool isGrounded;

    void Start() {
        rb = GetComponent();
    }

    void Update() {
        // Сбор ввода в Update
        moveInput = Input.GetAxis("Vertical");
        turnInput = Input.GetAxis("Horizontal");
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space) && isGrounded) {
            jumpRequest = true;
        }

        // Проверяем землю
        isGrounded = Physics.Raycast(groundCheck.position, Vector3.down, groundCheckDistance, groundLayers);
    }

    void FixedUpdate() {
        // Движение и поворот в физической петле
        rb.AddForce(transform.forward * moveInput * speed, ForceMode.Force);
        rb.AddTorque(transform.up * turnInput * torque, ForceMode.Force);

        if (jumpRequest && isGrounded) {
            rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
            jumpRequest = false;
        }
    }
}

Этот шаблон легко настраивается через Inspector и безопасен с точки зрения разделения ввода и применения сил.

Когда подход с Rigidbody не подойдёт (контрпримеры)

Платформер с прыжками «по пиксельной» точности: физика может внести непредсказуемость.
Сетевые игры с авторитетным сервером: передача физического состояния между клиентами — сложная задача. Часто используют предсказание и репликацию, либо кинематические методы.
2D-игры, где требуется строгое поведение по оси — лучше использовать специализированные 2D-компоненты.

Ментальные модели и эвристики

Сила (AddForce) — это непрерывное влияние, оно постепенно меняет скорость.
Импульс (ForceMode.Impulse) — мгновенное изменение скорости (удар, прыжок).
Крутящий момент (AddTorque) — вращение вокруг оси; комбинируйте с ограничениями, чтобы избегать переворотов.
Разделяй ввод и физику: считывай ввод в Update, применяй в FixedUpdate.

Советы по производительности

Минимизируйте частые вызовы Raycast на каждом кадре для множества объектов; группируйте проверки или используйте триггерные коллайдеры.
Для крупных сцен используйте слои и LayerMasks, чтобы Raycast проверял только релевантные поверхности.
Отключайте физику для объектов за пределами зоны интереса (Sleeping Mode).

Совместимость и миграция

Скрипты, использующие устаревшие API, могут потребовать приведения типов после обновления Unity. Всегда тестируйте на целевой версии движка.
Если проект переходит от физического подхода к CharacterController, потребуется переработать логику столкновений и анимаций.

Краткая сводка

Используйте Rigidbody и AddForce/AddTorque для естественного физического движения.
Применяйте силы в FixedUpdate, собирайте ввод в Update.
Для прыжков используйте Raycast/OnCollision для определения контакта с землёй.
Рассмотрите альтернативы (CharacterController, kinematic), если нужна более строгая предсказуемость.

Если вы хотите, я могу подготовить готовый пак скриптов с настройками Inspector, или адаптировать пример под 2D/серверную синхронизацию.