Crea Tornado Physics in Unity

In questo tutorial creeremo una simulazione di Tornado all'interno di Unity.

Sharp Coder Lettore video

Unity versione utilizzata in questo tutorial: Unity 2018.3.0f2 (64 bit)

Passaggio 1: crea tutti gli script necessari

Questo tutorial richiede 2 script:

SC_Caught.cs

//This script is attached automatically to each Object caught in Tornado

using UnityEngine;

public class SC_Caught : MonoBehaviour
{
    private SC_Tornado tornadoReference;
    private SpringJoint spring;
    [HideInInspector]
    public Rigidbody rigid;

    // Use this for initialization
    void Start()
    {
        rigid = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        //Lift spring so objects are pulled upwards
        Vector3 newPosition = spring.connectedAnchor;
        newPosition.y = transform.position.y;
        spring.connectedAnchor = newPosition;
    }

    void FixedUpdate()
    {
        //Rotate object around tornado center
        Vector3 direction = transform.position - tornadoReference.transform.position;
        //Project
        Vector3 projection = Vector3.ProjectOnPlane(direction, tornadoReference.GetRotationAxis());
        projection.Normalize();
        Vector3 normal = Quaternion.AngleAxis(130, tornadoReference.GetRotationAxis()) * projection;
        normal = Quaternion.AngleAxis(tornadoReference.lift, projection) * normal;
        rigid.AddForce(normal * tornadoReference.GetStrength(), ForceMode.Force);

        Debug.DrawRay(transform.position, normal * 10, Color.red);
    }

    //Call this when tornadoReference already exists
    public void Init(SC_Tornado tornadoRef, Rigidbody tornadoRigidbody, float springForce)
    {
        //Make sure this is enabled (for reentrance)
        enabled = true;

        //Save tornado reference
        tornadoReference = tornadoRef;

        //Initialize the spring
        spring = gameObject.AddComponent<SpringJoint>();
        spring.spring = springForce;
        spring.connectedBody = tornadoRigidbody;

        spring.autoConfigureConnectedAnchor = false;

        //Set initial position of the caught object relative to its position and the tornado
        Vector3 initialPosition = Vector3.zero;
        initialPosition.y = transform.position.y;
        spring.connectedAnchor = initialPosition;
    }

    public void Release()
    {
        enabled = false;
        Destroy(spring);
    }
}

SC_Tornado.cs

//Tornado script controls tornado physics

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class SC_Tornado : MonoBehaviour
{
    [Tooltip("Distance after which the rotation physics starts")]
    public float maxDistance = 20;

    [Tooltip("The axis that the caught objects will rotate around")]
    public Vector3 rotationAxis = new Vector3(0, 1, 0);

    [Tooltip("Angle that is added to the object's velocity (higher lift -> quicker on top)")]
    [Range(0, 90)]
    public float lift = 45;

    [Tooltip("The force that will drive the caught objects around the tornado's center")]
    public float rotationStrength = 50;

    [Tooltip("Tornado pull force")]
    public float tornadoStrength = 2;

    Rigidbody r;

    List<SC_Caught> caughtObject = new List<SC_Caught>();

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        //Normalize the rotation axis given by the user
        rotationAxis.Normalize();

        r = GetComponent<Rigidbody>();
        r.isKinematic = true;
    }

    void FixedUpdate()
    {
        //Apply force to caught objects
        for (int i = 0; i < caughtObject.Count; i++)
        {
            if(caughtObject[i] != null)
            {
                Vector3 pull = transform.position - caughtObject[i].transform.position;
                if (pull.magnitude > maxDistance)
                {
                    caughtObject[i].rigid.AddForce(pull.normalized * pull.magnitude, ForceMode.Force);
                    caughtObject[i].enabled = false;
                }
                else
                {
                    caughtObject[i].enabled = true;
                }
            }
        }
    }

    void OnTriggerEnter(Collider other)
    {
        if (!other.attachedRigidbody) return;
        if (other.attachedRigidbody.isKinematic) return;

        //Add caught object to the list
        SC_Caught caught = other.GetComponent<SC_Caught>();
        if (!caught)
        {
            caught = other.gameObject.AddComponent<SC_Caught>();
        }

        caught.Init(this, r, tornadoStrength);

        if (!caughtObject.Contains(caught))
        {
            caughtObject.Add(caught);
        }
    }

    void OnTriggerExit(Collider other)
    {
        //Release caught object
        SC_Caught caught = other.GetComponent<SC_Caught>();
        if (caught)
        {
            caught.Release();

            if (caughtObject.Contains(caught))
            {
                caughtObject.Remove(caught);
            }
        }
    }

    public float GetStrength()
    {
        return rotationStrength;
    }

    //The axis the caught objects rotate around
    public Vector3 GetRotationAxis()
    {
        return rotationAxis;
    }

    //Draw tornado radius circle in Editor
    void OnDrawGizmosSelected()
    {
        Vector3[] positions = new Vector3[30];
        Vector3 centrePos = transform.position;
        for (int pointNum = 0; pointNum < positions.Length; pointNum++)
        {
            // "i" now represents the progress around the circle from 0-1
            // we multiply by 1.0 to ensure we get a fraction as a result.
            float i = (float)(pointNum * 2) / positions.Length;

            // get the angle for this step (in radians, not degrees)
            float angle = i * Mathf.PI * 2;

            // the X & Y position for this angle are calculated using Sin & Cos
            float x = Mathf.Sin(angle) * maxDistance;
            float z = Mathf.Cos(angle) * maxDistance;

            Vector3 pos = new Vector3(x, 0, z) + centrePos;
            positions[pointNum] = pos;
        }

        Gizmos.color = Color.cyan;
        for (int i = 0; i < positions.Length; i++)
        {
            if (i == positions.Length - 1)
            {
                Gizmos.DrawLine(positions[0], positions[positions.Length - 1]);
            }
            else
            {
                Gizmos.DrawLine(positions[i], positions[i + 1]);
            }
        }
    }
}

Passaggio 2: creazione di un tornado

1. Crea particelle Tornado:

Crea un nuovo GameObject (GameObject -> Crea vuoto) e assegnagli un nome "Tornado"
Crea un altro GameObject e chiamalo "Particles", spostalo all'interno di "Tornado" e cambia la sua posizione in (0, 0, 0)
Aggiungi un componente ParticleSystem al "Particles" GameObject
In Particle System abilita questi moduli: Emission, Shape, Velocity over Lifetime, Color over Lifetime, Size over Lifetime , Rotazione nel corso della vita, Forze esterne, Renderer.

2. Assegnare i valori per ciascun modulo Particle System (controllare le schermate seguenti):

Modulo principale (Particelle):

Modulo di emissione:

Modulo forma:

Modulo Velocity over Lifetime:

Modulo Color over Lifetime:

(2 colori grigi su ciascuna estremità e 2 colori bianchi nella parte interna)

Dimensioni del modulo a vita:

(Size over Lifetime utilizza una curva simile a questa):

(La dimensione diminuisce leggermente e poi aumenta)

Rotazione nel corso della vita:

Modulo Forze Esterne:

Questo modulo non necessita di modifiche, lascia semplicemente i valori predefiniti.

Modulo di rendering:

Per questo modulo dobbiamo solo assegnare il seguente materiale:

Crea un nuovo materiale e chiamalo "tornado_material"
Cambia il suo Shader in "Legacy Shaders/Particles/Alpha Blended"
Assegnagli la texture sottostante (o clicca qui):

Piccola nuvola Texture trasparente

Assegna il tornado_material a un modulo Renderer:

Ora le particelle Tornado dovrebbero assomigliare a questo:

Ma come puoi vedere non assomiglia affatto ad un Tornado, è perché abbiamo un altro componente da aggiungere, che è il Campo di forza del sistema particellare, questo componente è necessario per simulare il vento circolare:

Crea un nuovo GameObject e dagli un nome "ForceField"
Muovi "ForceField" all'interno di "Tornado" GameObject e cambia la sua posizione in (0, 0, 0)

Aggiungi il componente Campo di forza del sistema particellare a "ForceField"
Cambia i valori del componente Campo di forza come nello screenshot qui sotto:

Vista dell'ispettore del campo di forza del sistema di particelle

Ora le particelle dovrebbero assomigliare a queste, il che è molto meglio:

Effetto Tornado in Unity 3D

3. Impostazione della fisica dei tornado

Aggiungi i componenti Rigidbody e SC_Tornado a "Tornado" GameObject

Crea un nuovo GameObject e dagli un nome "Trigger"
Muovi "Trigger" all'interno di "Tornado" GameObject e cambia la sua posizione in (0, 10, 0) e cambia la sua scala in (60, 10, 60)
Aggiungi il componente MeshCollider a "Trigger" GameObject, seleziona le caselle di controllo Convex e IsTrigger e modifica la sua Mesh in Cilindro predefinito