Unity中的物理系统基于NVIDIA的PhysX物理引擎，其性能消耗主要集中在计算物理模拟和碰撞检测的过程中。物理系统的开销会随着场景复杂度、物体数量和物理交互的频率而增加。以下是Unity物理系统性能消耗的主要来源，以及它们通常发生在哪些方面：
1. 碰撞检测
- 消耗来源：
- 粗略检测（Broad Phase）：物理引擎使用空间分割技术（如四叉树或八叉树）快速排除不可能碰撞的物体对。
- 精确检测（Narrow Phase）：对可能碰撞的物体对进行详细的形状检测，计算是否相交。
- 影响因素：
- 场景中碰撞体（Collider）的数量和类型。复杂形状（如Mesh Collider）比简单形状（如Box Collider、Sphere Collider）消耗更多。
- 物体之间的相对运动速度和密度。
- 消耗位置：主要发生在物理引擎的每帧更新中，与FixedUpdate周期相关。
当场景中有大量物体可能发生碰撞时，性能消耗呈指数级增长。Unity使用的PhysX物理引擎会尝试通过空间分区等技术优化这一过程，但碰撞检测仍是主要瓶颈。
2. 物理更新频率(Fixed Timestep)
物理系统在FixedUpdate中执行，默认以50Hz(每秒50次)的频率运行：
// Time.fixedDeltaTime默认为0.02秒(50Hz)
Physics.Simulate(Time.fixedDeltaTime);这意味着无论你的游戏运行在何种帧率，物理系统都会以固定频率更新，这可能导致在低性能设备上的额外负担。
3. 刚体模拟
- 消耗来源：
- 计算刚体（Rigidbody）的运动状态，包括速度、加速度、旋转等。
- 处理重力、摩擦力、弹力等物理效果。
- 影响因素：
- 动态刚体（Dynamic Rigidbody）的数量。动态刚体需要实时计算物理行为，而静态物体（无Rigidbody）消耗较少。
- 刚体的质量和复杂运动（如旋转或多方向力）。
- 消耗位置：发生在FixedUpdate中，物理引擎根据固定时间步长（Fixed Timestep）更新刚体状态。
每个活动的Rigidbody都需要CPU计算：
- 动态刚体(Dynamic): 完全受物理影响，计算量最大
- 运动学刚体(Kinematic): 不受力影响但能影响其他物体，计算量中等
- 静态刚体(Static): 仅碰撞检测，不移动，计算量最小
实际测试表明，通常500-1000个活跃的动态刚体就会对大多数平台产生明显性能影响。
4. 约束和关节
- 消耗来源：
- 处理物理关节（Joint）或约束（如Hinge Joint、Spring Joint）的计算。
- 确保关节连接的物体满足约束条件，例如限制角度或距离。
- 影响因素：
- 关节的数量和复杂度。
- 连接物体的运动状态（例如高速运动会增加计算难度）。
- 消耗位置：同样在FixedUpdate中，与刚体模拟同步计算。
// 增加求解器迭代次数提高稳定性，但会增加性能消耗
Physics.defaultSolverIterations = 8; // 默认为6复杂的关节系统(如布娃娃系统)往往是性能消耗的重要来源。
5. 物理材质（Physics Material）
- 消耗来源：
- 计算摩擦力和弹力效果，影响物体碰撞后的行为。
- 影响因素：
- 物理材质的复杂性（如动态摩擦和静态摩擦的差异）。
- 物体接触的频率和持续时间。
- 消耗位置：发生在碰撞响应阶段，与碰撞检测紧密相关。
6. 射线投射（Raycast）和查询
- 消耗来源：
- 开发者手动调用的物理查询（如Physics.Raycast、Physics.SphereCast）会触发额外的碰撞检测计算。
-
// 每帧执行多个射线检测会成为性能瓶颈 void Update() {Physics.Raycast(transform.position, transform.forward, out RaycastHit hit);// 处理结果... }
- 影响因素：
- 查询的频率和范围（例如检测的层级数量或检测距离）。
- 场景中可检测物体的数量。
- 消耗位置：发生在调用这些方法时，通常在Update或FixedUpdate中，由开发者脚本触发。
这些操作常用于AI感知、武器系统和游戏机制，但需谨慎使用。
7. 碰撞体复杂度
碰撞体的类型和复杂度直接影响性能：
| 碰撞体类型 | 性能消耗 | 精确度 |
|---|---|---|
| 球体(SphereCollider) | 极低 | 中等 |
| 胶囊体(CapsuleCollider) | 低 | 中等 |
| 盒体(BoxCollider) | 低 | 中等 |
| 凸面体(ConvexMeshCollider) | 中等 | 高 |
| 网格碰撞体(MeshCollider) | 高/极高 | 极高 |
具有复杂形状的MeshCollider特别昂贵，尤其是非凸网格碰撞体。
8. 连续碰撞检测(CCD)
连续碰撞检测可防止高速物体穿透，但会显著增加计算消耗：
// 连续碰撞检测设置
rigidbody.collisionDetectionMode = CollisionDetectionMode.Continuous;
在使用高速移动物体的游戏中，这可能成为主要瓶颈。
性能消耗的集中点
在Unity中，物理系统的性能消耗主要集中在以下几个阶段：
- FixedUpdate：物理引擎的更新周期，默认每帧执行一次（时间步长由Fixed Timestep控制，默认为0.02秒）。这是刚体模拟、碰撞检测和约束计算的主要执行时间。
- 碰撞事件处理：当物体发生碰撞或触发器事件时，Unity会调用相关的回调函数（如OnCollisionEnter、OnTriggerStay），这些函数的执行也会增加开销。
- 开发者脚本逻辑：物理相关的计算（如射线投射或手动调整刚体状态）由脚本触发，可能发生在Update或FixedUpdate中。
如何查看和优化物理消耗
- 使用Profiler：
- 在Unity的Profiler窗口中，查看Physics部分的CPU使用情况，可以具体分析碰撞检测、刚体模拟等的开销。
- 优化建议：
- 减少动态刚体数量：尽量将不移动的物体设为静态（无Rigidbody）。
- 使用简单碰撞体：优先选择Box Collider或Sphere Collider，避免Mesh Collider。
- 调整层级碰撞矩阵：在Physics Settings中设置层级碰撞规则，减少不必要的检测。
- 降低Fixed Timestep频率：适当增加时间步长（如从0.02秒改为0.033秒），减少物理更新频率。
- 限制射线投射：减少不必要的Raycast调用，或限制检测范围和层级。