tools/Unity C++脚本/RopeSimulator.cs

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 使用 LineRenderer 绘制绳索，通过简化的质点-弹簧系统模拟绳索形态。
/// 支持物理模拟（质量、弹性、阻尼、重力），绳索总长保持不变，
/// 并支持在设定时间内“缓慢拉直”至紧绷状态。
/// </summary>
[RequireComponent(typeof(LineRenderer))]
public class RopeSimulator : MonoBehaviour
{
    [Header("绳索控制点（起点与终点）")]
    public Transform StartPoint; // 绳索起点，受位置驱动
    public Transform EndPoint;   // 绳索终点，受位置驱动

    [Header("绳索参数")]
    public int SegmentCount = 20;    // 绳索段数（节点数量 = 段数）
    public float Mass = 1f;          // 每个中间节点的质量
    public float Spring = 50f;       // 弹性系数（控制连接的柔软程度）
    public float Damping = 5f;       // 阻尼系数（用于减缓振荡）
    public float Gravity = 9.8f;     // 重力加速度（作用于每个节点）
    public float TotalLength = 5f;   // 绳索总长（约束节点间距）

    [Header("拉直开关（true 表示启动拉直动画）")]
    public bool Straight = false;    // 是否处于拉直状态，true 会触发缓慢收紧过程

    [Header("速度衰减")]
    [Range(0f, 1f)]
    public float SpeedAttenuation = 0.98f; // 控制速度每帧的衰减，防止抖动

    [Header("缓慢拉直参数")]
    public float TightenDuration = 0.2f;   // 拉直动画持续时间（单位：秒）

    // 绘制与模拟用的内部变量
    private LineRenderer lineRenderer;
    private Vector3[] positions;           // 当前所有节点的位置
    private Vector3[] velocities;          // 节点当前速度
    private Vector3[] simulatedPositions;  // 缓慢拉直前记录的原始模拟位置

    // 拉直动画控制变量
    private float tightenProgress = 0f;    // 拉直进度（0~1）
    private bool isTightening = false;     // 当前是否正在拉直动画中

    void Start()
    {
        // 初始化 LineRenderer
        lineRenderer = GetComponent<LineRenderer>();
        lineRenderer.positionCount = SegmentCount;

        // 初始化节点位置与速度数组
        positions = new Vector3[SegmentCount];
        velocities = new Vector3[SegmentCount];
        simulatedPositions = new Vector3[SegmentCount];

        // 初始化所有节点位置（线性插值）
        for (int i = 0; i < SegmentCount; i++)
        {
            float t = (float)i / (SegmentCount - 1);
            positions[i] = Vector3.Lerp(StartPoint.position, EndPoint.position, t);
            velocities[i] = Vector3.zero;
        }
    }

    void FixedUpdate()
    {
        // 在固定帧率下执行模拟、约束和绘制
        Simulate(Time.fixedDeltaTime);
        ApplyConstraints();
        DrawLine();
    }

    /// <summary>
    /// 模拟每帧节点的受力与位置更新
    /// 包括弹簧力、阻尼、重力，并支持缓慢进入“拉直状态”
    /// </summary>
    void Simulate(float dt)
    {
        // 如果开启拉直
        if (Straight)
        {
            // 如果是第一次开始拉直
            if (!isTightening)
            {
                isTightening = true;
                tightenProgress = 0f;

                // 记录当前模拟位置，用于插值过渡
                for (int i = 0; i < SegmentCount; i++)
                    simulatedPositions[i] = positions[i];
            }

            // 根据拉直时间推进进度（0~1）
            if (TightenDuration > 0f)
                tightenProgress += dt / TightenDuration;
            else
                tightenProgress = 1f; // 防止除以0

            tightenProgress = Mathf.Clamp01(tightenProgress);

            // 插值绘制节点向绷直目标靠拢
            for (int i = 0; i < SegmentCount; i++)
            {
                float t = (float)i / (SegmentCount - 1);
                Vector3 tightTarget = Vector3.Lerp(StartPoint.position, EndPoint.position, t);
                positions[i] = Vector3.Lerp(simulatedPositions[i], tightTarget, tightenProgress);
                velocities[i] = Vector3.zero;
            }

            return; // 当前为拉直动画阶段，不执行物理模拟
        }
        else
        {
            // 退出拉直状态，恢复常规模拟
            isTightening = false;
            tightenProgress = 0f;
        }

        // 常规模拟（弹簧 + 阻尼 + 重力）
        positions[0] = StartPoint.position;
        positions[SegmentCount - 1] = EndPoint.position;

        float restLength = TotalLength / (SegmentCount - 1); // 理想段长

        for (int i = 1; i < SegmentCount - 1; i++)
        {
            Vector3 force = Vector3.zero;

            // 计算弹簧力（左右节点）
            Vector3 left = positions[i - 1];
            Vector3 right = positions[i + 1];

            Vector3 leftDir = positions[i] - left;
            Vector3 rightDir = positions[i] - right;

            force += -Spring * (leftDir.normalized * (leftDir.magnitude - restLength));
            force += -Spring * (rightDir.normalized * (rightDir.magnitude - restLength));

            // 添加阻尼力
            force += -velocities[i] * Damping;

            // 添加重力
            force += Vector3.down * Gravity * Mass;

            // 更新速度和位置
            Vector3 acceleration = force / Mass;
            velocities[i] += acceleration * dt;
            velocities[i] *= SpeedAttenuation;
            positions[i] += velocities[i] * dt;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 每帧执行多轮“段长约束修正”，使总绳索长度保持不变
    /// </summary>
    void ApplyConstraints()
    {
        if (Straight) return; // 绷直中不做物理约束

        float segmentLength = TotalLength / (SegmentCount - 1);
        int iterations = 10; // 越多越稳定

        for (int k = 0; k < iterations; k++)
        {
            positions[0] = StartPoint.position;
            positions[SegmentCount - 1] = EndPoint.position;

            for (int i = 0; i < SegmentCount - 1; i++)
            {
                Vector3 p1 = positions[i];
                Vector3 p2 = positions[i + 1];
                Vector3 delta = p2 - p1;
                float dist = delta.magnitude;
                float error = dist - segmentLength;

                Vector3 correction = delta.normalized * (error * 0.5f);

                if (i != 0)
                    positions[i] += correction;
                if (i + 1 != SegmentCount - 1)
                    positions[i + 1] -= correction;
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// 更新 LineRenderer 可视化节点位置
    /// </summary>
    void DrawLine()
    {
        lineRenderer.positionCount = SegmentCount;
        lineRenderer.SetPositions(positions);
    }
}