1. 简介

射线是3D世界中一个点向一个方向发射的一条无终点的线。在发射的轨迹中，一旦与其他物体发生碰撞，它就会停止。

在游戏中，射线检测可以有如下用途：

检测光标位置的三维物体
检测角色前面的物体（自动开门）
从空中向下检测（凹凸不平的地形的瞬移）
测量距离（激光测距）

等等，可以说是相当重要了。

2. Ray射线

2.1 定义

要想使用射线检测，就要先定义一条射线。而Ray就是Unity提供的一个封装好的射线结构体。

一条无穷的线，开始于origin点，朝向direction方向

根据项目验证来看:其默认长度为单位向量，只有对direction进行乘以倍率，才可实现延长射线，而非无穷

2.2 结构

Ray是一个结构体：

1	`static Ray (Vector3 origin,Vector3 direction)`

其中参数为：

Origin：射线的起点
direction：射线的方向

初始化方法：

1	`Ray ray = new Ray(Vector3 origin,Vector3 direction)`

2.3 常见用法

从物体中心创建一条指向前方的射线:
Ray ray = new Ray(transform.position,transform.forward)
从摄像机产生、指向屏幕上光标的射线
Ray camerRay = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition)：。

相机为perspective模式:
射线在相机梯形视野内发散；
相机为orthoGraphic模式:
则为垂直与相机面的直线段;

3. RaycastHit 光线投射碰撞信息

定义：
通过射线检测得到的碰撞信息。

常用信息如下：

常用参数：

collider
射线检测到的collider，这个非常常用，因为能根据collider.gameObject获取到对应GameObject
distance
射线发射源与检测到的位置的距离
normal
射线碰撞位置的法线
point
射线碰撞位置的世界坐标
transform
射线碰撞物体的transform组件

4. LayerMask 层级蒙版

Layer与LayerMask的关系:

Layer是0-31的数字
LayerMask是按位对应0-31

如>
Layer9：Enemy
LayerMask用二进制表示：
00000000 00000000 00000010 00000000
从右往左第10位，等于表达式：1<<9

这是一种二进制思想，使用mask(掩码)表示时，可以同时表示多个状态的有无。

根据Layer获取LayerMask:

如果你知道Layer的名字:
可以通过LayerMask.GetMask()方法获取
int mask = LayerMask.GetMask("Player", "NPC");

注意这个方法可以传入一个或多个string类型参数。

如果你知道Layer的数字:
比如Layer9，可以通过移位操作1<<9来获取

int playerMask = 1<<9;
int npcMask = 1<<10;
int mask = playerMask | npcMask; // 通过位操作“或(|)”同时检测player 和 npc层
int reverse = ~mask; // 通过位操作"求反(~)"，检测除了player 和 npc的其他层

5. 检测方法

5.1 线型检测

在使用射线检测时，调用的是public static bool Physics.Raycast()函数

5.1.1 Physics.Raycast 光线投射

5.1.1.1 功能

在已有一条射线（也可无）的基础上，使用射线（新建射线）进行一定距离内的定向检测。

可修改射线长度
可限制其检测的Layer层
可得到射线检测到的碰撞信息

仅能检测到第一个被射线碰撞的物体，后面的物体无法被检测到

适用场合：
配合相机坐标转换实现各类交互

5.1.1.2 用法

用法一：

Raycast(
 	transform.position, 
     Vector.forward, 
     distance, 
     LayerMask.GetMask("Enemy")
);

transform.position：
从物体中心点起
Vector.forward：
朝向该方向发射一条射线
distance：
该射线长度为distance
LayerMask.GetMask("Enemy")：
射线可检测到的层为Enemy层
返回bool类型

用法二：

Raycast(
    transform.position, 
    Vector.forward, 
    distance, 
    out RaycastHitInformation ,
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)；

相同参数同上
out RaycastHitInformation：
将碰撞信息反馈到RaycastHitInformation上

用法三：

Raycast(
    MyRay, 
    distance, 
    LayerMash.GetMask("Enemy")
)

相同参数同上
MyRay
从已有的射线MyRay出发
distance
长度延伸至distance

用法四：

Raycast(
	MyRay, 
    out RaycastHitInformation, 
    distance, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

相同参数同上

5.1.2 Physics.RaycastAll 所有光线投射

5.1.2.1 功能

机理用法大致同Raycast，区别在于可检测射线路径上的所有物体，返回RaycastHit[] 。
其他带All后缀的方法也同理

适用场合：
穿透性检测

5.1.2.2 用法

用法一：

RaycastHit[] hits = RaycastAll(
    Vector3.zero, 
    Vector.forward, 
    distance, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

用法二：

RaycastHit[] hits = RaycastAll(
    MyRay, 
    distance, 
    LayerMash.GetMask("Enemy")
)

5.1.3 线段投射

5.1.3.1 功能

建立某两点之间的射线进行检测，返回bool类型

适用场合：
特定地点局部距离射线检测

5.1.3.2 用法

用法一：

Linecast(
    startPos, 
    endPos, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

用法二：

Linecast(
	startPos, 
    endPos, 
    out RaycastHit, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2 体型检测

5.2.1 Physics.XXXCast 体投射

5.2.1.1 BoxCast 立方体投射

功能：
检测范围是正立方，返回bool。

适用场合：
检测目的地是否可抵达，从而判断可移动性

用法：

BoxCast(
    originPos, 
    halfExtents, 
    direction, 
    out RaycastHit, 
    distance, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
);

originPos, halfExtents：
在originPos点创建半径halfBoxLength的立方体
（Vector3型，代表为正立方体在三个方向上的大小，一般用localScale/2）
direction, distance:
以朝向direction方向的平面为起始面（另一面舍弃）
移动distance距离，期间经过的区域即为检测区域。

5.2.1.2 SphereCast 球体投射

功能：
扩展检测范围为球形，返回bool类型。

用法一：

SphereCast(
    originPos, 
    originPos, 
    direction, 
    out RaycastHit, 
    distance, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

originPos, originPos:
在originPos点创建半径为radius的球体
direction, distance:
以朝向direction方向的球面为起始面（另一面舍弃）
移动distance距离
期间半球面经过的区域即为检测区域。

那么originPos到originPos+radius内的半球区域呢？
答案是舍弃，用官方的话来说，是边界而不是包围体 。

立体结构：
以左右球球心为轴线，建立半径为radius、高为distance的圆柱体
左球挖去右半体积，右球添加右半体积

用法二：

SphereCast (
    Ray, 
    radius, 
    out RaycastHit, 
    distance, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2.1.3 CapsuleCast 胶囊体投射

功能：
检测范围是胶囊体，返回bool

用法一：

Physics.CapsuleCast(
    pos1, 
    pos2, 
    radius, 
    direction, 
    out RaycastHit, 
    maxDistance, 
    LayerMask.GetMask("Anchor")
)

机理和SphereCast类似
pos1, pos2, radius:
在pos1、pos2两点创建半径为0.5f的球体，以此作为胶囊体模型两端；
direction, maxDistance:
以朝向direction方向的半胶囊体面为起始面，移动maxDistance距离
期间该面经过的区域即为检测区域。

注：
maxDistance和上面的distance必须非0否则无用

5.2.1.4 XXXCastAll 穿透投射

功能：
上述三种投射都只返回bool，只能检测单个物体，但是All方法的可检测射线上的所有物体，返回 RaycastHit[]

慎用，产生GC极多

5.2.2 Physics.OverlapXXX 相交体

5.2.2.1 OverlapBox 相交盒

功能：
检测与正立方体接触、重叠、或者处于其内的所有collider

适用场合：
检测挂载物体范围内是否存在碰撞，常用方法

用法：

Collider[] hits = OverlapBox(
    Pos, 
    halfExtents, 
    Quaternion.identity, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

Pos, halfExtents:
以Pos点为中心创建三维半径halfExtents的正立方体
Quaternion.identity：
不对其进行旋转

5.2.2.2 OverlapSphere 相交球

功能：
检测与球体接触、重叠、或者处于其内的所有collider，即包围体。

注意:
自身collider也会被检测到（下列Overlap方法都是）

用法：

Collider[] hits = Physics.OverlapSphere(
    Pos, 
    radius, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
);

Pos, radius：
以Pos为原点，创建半径为radius的球形
检测区域为整个球形包围体（实心）
返回所有碰撞物体的collider而不是RaycastHit

注意：
存在于球内部的物体也会被检测到

5.2.2.3 OverlapCapsule 相交胶囊体

功能：
检测与胶囊体接触、重叠、或者处于其内的所有collider

用法：

Collider[] hits = OverlapCapsule(
    pos1, 
    pos2, 
    radius, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

在pos1、pos2两点创建半径为radius的球体，加上中间部分组成胶囊体

5.2.3 Physics.OverlapXXXNonAlloc 无GC相交体

5.2.3.1 OverlapBoxNonAlloc 无GC相交盒

功能：
实现OverlapBox的所有功能，但是另传递进colliders[] ，返回相交物体数量，从而杜绝GC的产生

用法：

CollAmount = Physics.OverlapBoxNonAlloc(
    Pos, 
    halfExtents, 
    colliders, 
    Quaternion.identity, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2.3.2 OverlapSphereNonAlloc 无GC相交球

功能：同上

用法：

CollAmount = OverlapSphereNonAlloc(
    Pos, 
    radius, 
    colliders, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2.3.3 OverlapCapsuleNonAlloc 无GC相交胶囊体

功能：同上

用法：

CollAmount = OverlapCapsuleNonAlloc(
    pos1, 
    pos2, 
    radius, 
    colliders, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2.4 Physics.CheckXXX 检验体

5.2.4.1 CheckBox 检验盒

功能：
创建检测盒，检测是否被碰撞。
较比与上面的检测方法，该类方法特点在于:
检验是否发生了碰撞，而不是取得碰撞体信息，效率最高。

注:
此方法同样也会检验自身collider

用法：

IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckBox(
    transform.position, 
    transform.localScale / 2, 
    Quaternion.identity, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

在物体中心创建检验盒，一定大小，不旋转，检测Enemy层，若有检测到碰撞则返回True

5.2.4.2 CheckSphere 检验球

功能：同上

用法：

IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckSphere(
	transform.position, 
    radius, 
    LayerMask.GetMask("Enemy")
)

5.2.4.3 CheckCapsule 检验胶囊体

功能：同上

用法：

IsOverlapAnyCollider = Physics.CheckCapsule(
	pos1, 
	pos2，
    radius, 
    LayerMask.
    GetMask("Enemy")
)

5.2.5 Physics.IgnoreCollision 忽略碰撞

功能：
屏蔽两个collider的碰撞，第三个参数为bool

用法：

1	`IgnoreCollision (collider1, collider2, ignore)`

6. 调试小技巧

6.1 绘制线段

DrawLine(startPos, endPos, color)：
绘制一条从startPos到endPos点、颜色为color的线段

6.2 绘制射线

使用Debug.DrawRay()方法可以在Scene中画出射线或者检测到的位置，更好的方便调试。

DrawRay(startPos, direction, color)：
绘制一条从startPos出发，指向direction的、颜色color的射线

默认长度为单位向量，再乘以倍率即可边长
在下一次绘制才会覆盖上一次的射线
Debug.DrawRay(startPos , direction, color, duration) ：
同理绘制一定方向射线，但射线持续时间为duration

6.3 Gimos.DrawXXX方法

void OnDrawGizmos() 
{ 
    Gizmos.DrawCube(transform.position, transform.localScale);
}

7. GC开销问题

从上面对几种检测方法的分析及对比其返回值不难发现：
不同方法产生GC情况相差甚远

因此在工程项目上应该慎重使用。

此处引用网友 HONT的测试作为GC情况参考：

同方法下不同模型GC开销：Box < Sphere < Capsule
同模型下不同方法GC开销：CheckXXX < OverlapXXX < XXXCast

8. 参考

https://www.cnblogs.com/SouthBegonia/p/11732340.html

Unity 基础常用操作

Unity基础射线检测总结

Unity-动画-回调函数接口上一篇

设计模式-状态模式下一篇

Unity-射线检测

1. 简介

2. Ray射线

2.1 定义

2.2 结构

2.3 常见用法

3. RaycastHit 光线投射碰撞信息

4. LayerMask 层级蒙版

5. 检测方法

5.1 线型检测

5.1.1 Physics.Raycast 光线投射

5.1.1.1 功能

5.1.1.2 用法

5.1.2 Physics.RaycastAll 所有光线投射

5.1.2.1 功能

5.1.2.2 用法

5.1.3 线段投射

5.1.3.1 功能

5.1.3.2 用法

5.2 体型检测

5.2.1 Physics.XXXCast 体投射

5.2.1.1 BoxCast 立方体投射

5.2.1.2 SphereCast 球体投射

5.2.1.3 CapsuleCast 胶囊体投射

5.2.1.4 XXXCastAll 穿透投射

5.2.2 Physics.OverlapXXX 相交体

5.2.2.1 OverlapBox 相交盒

5.2.2.2 OverlapSphere 相交球

5.2.2.3 OverlapCapsule 相交胶囊体

5.2.3 Physics.OverlapXXXNonAlloc 无GC相交体

5.2.3.1 OverlapBoxNonAlloc 无GC相交盒

5.2.3.2 OverlapSphereNonAlloc 无GC相交球

5.2.3.3 OverlapCapsuleNonAlloc 无GC相交胶囊体

5.2.4 Physics.CheckXXX 检验体

5.2.4.1 CheckBox 检验盒

5.2.4.2 CheckSphere 检验球

5.2.4.3 CheckCapsule 检验胶囊体

5.2.5 Physics.IgnoreCollision 忽略碰撞

6. 调试小技巧

6.1 绘制线段

6.2 绘制射线

6.3 Gimos.DrawXXX方法

7. GC开销问题

8. 参考