10. 2.5D物理系统

物理系统是什么？

想象你把一个球扔出去：它会受到重力往下落，碰到墙壁会弹开，落到地面会停下来。这些"现实世界的规律"，在游戏里就是物理系统负责模拟的。

物理系统让游戏世界有了"重量感"和"真实感"。没有物理系统，角色会穿过地板，子弹会穿过墙壁，一切都像幽灵一样。

Godot 内置了一个完整的 3D 物理引擎（基于 Jolt Physics），你不需要自己写碰撞检测代码，只需要告诉 Godot"这个物体有物理属性"就行了。

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2.5D 物理与纯 3D 物理的区别

纯 3D 游戏中，物体可以在 X、Y、Z 三个方向自由运动。但 2.5D 游戏通常只在一个平面内运动：

• 横版游戏（如《空洞骑士》）：角色只在 X（左右）和 Y（上下）方向移动，Z 轴（前后）被锁定
• 俯视游戏（如《星露谷物语》3D 版）：角色只在 X（左右）和 Z（前后）方向移动，Y 轴（上下）被锁定

这就是 2.5D 物理的核心技巧：在 3D 空间中人为限制运动轴，让游戏感觉像 2D。

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Godot 中的物理节点

Godot 提供了三种主要的物理节点，就像三种不同"性格"的物体：

StaticBody3D（静态物体）

## 定义： 完全不动的物体，只负责"挡住"其他物体。

比喻： 就像地面、墙壁、固定的平台——它们不会被推动，也不会掉落。

适合： 地面、墙壁、固定障碍物、建筑物

特点：

• 不受重力影响
• 不会被其他物体推动
• 性能消耗最小

RigidBody3D（刚体）

## 定义： 完全受物理引擎控制的物体，有质量、受重力、会碰撞弹开。

比喻： 就像一个真实的球或箱子——扔出去会飞，落地会弹，被推会滚。

适合： 可以被推动的箱子、掉落的道具、弹射物、台球

特点：

• 自动受重力影响
• 碰撞时会产生真实的物理反应
• 可以设置质量、弹性、摩擦力

CharacterBody3D（角色体）

## 定义： 专门为游戏角色设计的物理节点，介于 StaticBody3D 和 RigidBody3D 之间。

比喻： 就像游戏里的主角——你控制它移动，但它不会像真实物体那样乱滚，而是按照你的意图精确移动。

适合： 玩家角色、敌人、NPC

特点：

• 不自动受重力（需要手动在代码中添加重力）
• 碰撞时不会乱弹，而是停下来
• 提供 move_and_slide() 方法处理移动和碰撞

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碰撞形状（CollisionShape3D）

物理节点本身只是一个"逻辑容器"，它需要配合 CollisionShape3D 才能真正检测碰撞。碰撞形状就是物体的"碰撞边界"。

常用碰撞形状：

形状	适用场景	性能
BoxShape3D（盒子）	方形物体、地面、墙壁	最快
SphereShape3D（球体）	圆形物体、子弹	很快
CapsuleShape3D（胶囊）	人形角色（最常用）	快
CylinderShape3D（圆柱）	柱状物体	快
ConvexPolygonShape3D（凸多边形）	不规则物体	较慢

为什么角色用胶囊形状？

胶囊形状（上下两个半球 + 中间圆柱）非常适合人形角色：

• 底部圆弧可以平滑地爬上台阶
• 不会卡在墙角
• 计算效率高

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限制运动轴：2.5D 的关键技巧

横版游戏：锁定 Z 轴

在横版 2.5D 游戏中，角色只在 X-Y 平面移动，Z 轴保持固定。

C#

using Godot;

public partial class PlatformerCharacter : CharacterBody3D
{
    [Export] private float _speed = 5.0f;
    [Export] private float _jumpVelocity = 8.0f;

    // 重力值（从项目设置中获取）
    private float _gravity = ProjectSettings.GetSetting("physics/3d/default_gravity").AsSingle();

    // 锁定Z轴的位置（角色始终在这个Z坐标上）
    private float _lockedZ = 0.0f;

    public override void _Ready()
    {
        // 记录初始Z坐标
        _lockedZ = GlobalPosition.Z;
    }

    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        Vector3 velocity = Velocity;

        // 添加重力（Y轴向下）
        if (!IsOnFloor())
        {
            velocity.Y -= _gravity * (float)delta;
        }

        // 跳跃
        if (Input.IsActionJustPressed("ui_accept") && IsOnFloor())
        {
            velocity.Y = _jumpVelocity;
        }

        // 左右移动（只修改X轴）
        float direction = Input.GetAxis("ui_left", "ui_right");
        velocity.X = direction * _speed;

        // 关键：强制锁定Z轴，不允许Z方向移动
        velocity.Z = 0.0f;

        Velocity = velocity;
        MoveAndSlide();

        // 额外保险：每帧强制修正Z坐标
        Vector3 pos = GlobalPosition;
        pos.Z = _lockedZ;
        GlobalPosition = pos;
    }
}

GDScript

extends CharacterBody3D

@export var speed: float = 5.0
@export var jump_velocity: float = 8.0

# 重力值（从项目设置中获取）
var gravity: float = ProjectSettings.get_setting("physics/3d/default_gravity")

# 锁定Z轴的位置
var _locked_z: float = 0.0

func _ready() -> void:
    # 记录初始Z坐标
    _locked_z = global_position.z

func _physics_process(delta: float) -> void:
    var vel = velocity

    # 添加重力（Y轴向下）
    if not is_on_floor():
        vel.y -= gravity * delta

    # 跳跃
    if Input.is_action_just_pressed("ui_accept") and is_on_floor():
        vel.y = jump_velocity

    # 左右移动（只修改X轴）
    var direction = Input.get_axis("ui_left", "ui_right")
    vel.x = direction * speed

    # 关键：强制锁定Z轴，不允许Z方向移动
    vel.z = 0.0

    velocity = vel
    move_and_slide()

    # 额外保险：每帧强制修正Z坐标
    var pos = global_position
    pos.z = _locked_z
    global_position = pos

俯视游戏：锁定 Y 轴

在俯视 2.5D 游戏中，角色在 X-Z 平面移动，Y 轴（高度）保持固定。

C#

using Godot;

public partial class TopDownCharacter : CharacterBody3D
{
    [Export] private float _speed = 5.0f;

    // 锁定Y轴的高度
    private float _lockedY = 0.0f;

    public override void _Ready()
    {
        _lockedY = GlobalPosition.Y;
    }

    public override void _PhysicsProcess(double delta)
    {
        // 获取输入方向（X-Z平面）
        Vector2 inputDir = Input.GetVector("ui_left", "ui_right", "ui_up", "ui_down");

        // 将2D输入转换为3D移动（注意：上下对应Z轴）
        Vector3 direction = new Vector3(inputDir.X, 0, inputDir.Y).Normalized();

        Vector3 velocity = direction * _speed;

        // 关键：Y轴速度为0，不受重力影响
        velocity.Y = 0.0f;

        Velocity = velocity;
        MoveAndSlide();

        // 强制修正Y坐标
        Vector3 pos = GlobalPosition;
        pos.Y = _lockedY;
        GlobalPosition = pos;
    }
}

GDScript

extends CharacterBody3D

@export var speed: float = 5.0

# 锁定Y轴的高度
var _locked_y: float = 0.0

func _ready() -> void:
    _locked_y = global_position.y

func _physics_process(delta: float) -> void:
    # 获取输入方向（X-Z平面）
    var input_dir = Input.get_vector("ui_left", "ui_right", "ui_up", "ui_down")

    # 将2D输入转换为3D移动（注意：上下对应Z轴）
    var direction = Vector3(input_dir.x, 0, input_dir.y).normalized()

    var vel = direction * speed

    # 关键：Y轴速度为0，不受重力影响
    vel.y = 0.0

    velocity = vel
    move_and_slide()

    # 强制修正Y坐标
    var pos = global_position
    pos.y = _locked_y
    global_position = pos

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碰撞层和碰撞掩码

碰撞层（Collision Layer）和碰撞掩码（Collision Mask）是控制"哪些物体之间会发生碰撞"的系统。

比喻： 想象一个多层停车场：

• 碰撞层 = 你在哪一层（你属于哪个类别）
• 碰撞掩码 = 你能看到哪些层（你会和哪些类别碰撞）

常见设置：

层编号	用途
层 1	玩家
层 2	敌人
层 3	地形/环境
层 4	道具/拾取物
层 5	子弹/投射物

示例： 玩家子弹只打敌人，不打玩家自己：

• 子弹的碰撞层 = 层 5
• 子弹的碰撞掩码 = 层 2（只检测敌人）、层 3（检测地形）

在 Godot 编辑器中，在 Inspector 面板的 Collision 部分可以直接点击方块来设置层和掩码。

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物理材质：摩擦力与弹性

PhysicsMaterial 可以给物体添加摩擦力和弹性属性：

• Friction（摩擦力）：0 = 像冰面，1 = 像橡胶
• Bounce（弹性）：0 = 不弹，1 = 完全弹回

在 StaticBody3D 或 RigidBody3D 的 Inspector 中，找到 Physics Material Override，新建一个 PhysicsMaterial 即可设置。

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射线检测（RayCast3D）

射线检测就像从一个点发射一条"看不见的激光"，检测它碰到了什么。

常见用途：

• 检测角色是否站在地面上
• 瞄准系统（子弹会打到哪里）
• 视线检测（敌人能否看到玩家）

C#

using Godot;

public partial class GroundChecker : Node3D
{
    [Export] private RayCast3D _groundRay;

    public override void _Ready()
    {
        // 设置射线方向（向下检测地面）
        _groundRay.TargetPosition = new Vector3(0, -1.1f, 0);
        _groundRay.Enabled = true;
    }

    public override void _Process(double delta)
    {
        if (_groundRay.IsColliding())
        {
            // 获取碰撞点
            Vector3 hitPoint = _groundRay.GetCollisionPoint();
            // 获取碰撞的物体
            Node3D hitObject = _groundRay.GetCollider() as Node3D;
            // 获取碰撞法线（地面朝向）
            Vector3 hitNormal = _groundRay.GetCollisionNormal();

            GD.Print($"站在地面上，碰撞点：{hitPoint}");
        }
    }

    // 用代码发射射线（不使用节点）
    public void CastRayFromCode()
    {
        var spaceState = GetWorld3D().DirectSpaceState;

        var query = PhysicsRayQueryParameters3D.Create(
            GlobalPosition,                          // 起点
            GlobalPosition + Vector3.Down * 10.0f,  // 终点
            0b0100  // 碰撞掩码：只检测层3（地形）
        );

        var result = spaceState.IntersectRay(query);

        if (result.Count > 0)
        {
            Vector3 hitPos = result["position"].AsVector3();
            GD.Print($"射线击中：{hitPos}");
        }
    }
}

GDScript

extends Node3D

@export var ground_ray: RayCast3D

func _ready() -> void:
    # 设置射线方向（向下检测地面）
    ground_ray.target_position = Vector3(0, -1.1, 0)
    ground_ray.enabled = true

func _process(delta: float) -> void:
    if ground_ray.is_colliding():
        # 获取碰撞点
        var hit_point = ground_ray.get_collision_point()
        # 获取碰撞的物体
        var hit_object = ground_ray.get_collider()
        # 获取碰撞法线（地面朝向）
        var hit_normal = ground_ray.get_collision_normal()

        print("站在地面上，碰撞点：", hit_point)

# 用代码发射射线（不使用节点）
func cast_ray_from_code() -> void:
    var space_state = get_world_3d().direct_space_state

    var query = PhysicsRayQueryParameters3D.create(
        global_position,                        # 起点
        global_position + Vector3.DOWN * 10.0,  # 终点
        0b0100  # 碰撞掩码：只检测层3（地形）
    )

    var result = space_state.intersect_ray(query)

    if result:
        var hit_pos = result["position"]
        print("射线击中：", hit_pos)

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综合示例：台球碰撞

下面是一个简单的台球示例，展示 RigidBody3D 的使用：

C#

using Godot;

public partial class BilliardBall : RigidBody3D
{
    // 当这个球碰到其他物体时触发
    public override void _Ready()
    {
        // 监听碰撞事件
        ContactMonitor = true;
        MaxContactsReported = 4;
        BodyEntered += OnBodyEntered;
    }

    private void OnBodyEntered(Node body)
    {
        GD.Print($"台球碰到了：{body.Name}");
        // 可以在这里播放碰撞音效
    }

    // 给球施加一个冲击力（模拟球杆击球）
    public void Strike(Vector3 direction, float force)
    {
        ApplyImpulse(direction.Normalized() * force);
    }
}

GDScript

extends RigidBody3D

func _ready() -> void:
    # 监听碰撞事件
    contact_monitor = true
    max_contacts_reported = 4
    body_entered.connect(_on_body_entered)

func _on_body_entered(body: Node) -> void:
    print("台球碰到了：", body.name)
    # 可以在这里播放碰撞音效

# 给球施加一个冲击力（模拟球杆击球）
func strike(direction: Vector3, force: float) -> void:
    apply_impulse(direction.normalized() * force)

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小结

节点类型	特点	适用场景
StaticBody3D	不动，挡住其他物体	地面、墙壁
RigidBody3D	完全受物理控制	箱子、球、道具
CharacterBody3D	手动控制，精确移动	玩家、敌人

2.5D 物理的核心是限制运动轴：横版游戏锁 Z 轴，俯视游戏锁 Y 轴。掌握这个技巧，就能在 3D 空间中实现流畅的 2D 感游戏体验。