Unity使用物理引擎实现多旋翼无人机的模拟飞行

内容简介

最近在用Unity实现无人机的模拟飞行，但发现站里基本没有完整介绍如何实现该功能的博客，因时间紧迫，就自己简单做了一个仿真（不是完全按照现实物理情景来做，即通过各个螺旋桨旋转产生力带动机体飞行）。下面我会简述完全按现实物理情景实现模拟飞行，并详细描述我自己做的模拟飞行（不完全仿真），给各位提供参考。

现实物理情景的实现——简述（以四旋翼无人机为例）

因为我没有实现1：1仿真，所以这里只介绍思路，希望能给到读者一点启发。

1. 构建一个四旋翼无人机模型（可以网上下载。或用Maya等建一个）

2. 将模型设置为Rigidbody和BoxCollider（即实现一个物理模型，记得要先Create一个Plane承住你的模型）

3. 给四个螺旋桨各写一个脚本，各产生一个向上的力

4. 通过螺旋桨产生的升力即可带动模型飞行，通过控制不同螺旋桨产生升力的不同，即可实现无人机的各种飞行姿态（这步是最难的，也最花时间）

简化物理情景的实现——详述（以四旋翼无人机为例）

背景：上面的现实模拟最麻烦之处在于要对四个螺旋桨（电机）实现控制并达到平衡，太麻烦了，调试要很久，网上又没有现成的代码（至少免费的我没有发现）。所以我自己简化了一下模型，并实现所需功能。
思路：简化模型的区别在于我不用四个螺旋桨（电机）来各自产生升力，形成合力来带动机体。而是直接将力加在机身上，即跳过了前面那一步，直接用合力来实现无人机的飞行。
实现步骤：以下为实现步骤，考虑到网上好像没有相关的博客和视频教程，我会尽量详细来叙述，所以会有点多。

1.导入一个无人机模型，并给整体设置Rigidbody和BoxCollider（注意最好Collider设成和模型差不多大）。

2. 写脚本1(Plane_Text)（总共需要写两个脚本，记为脚本1和脚本2），脚本1使其产生力带动机体运动

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.IO.Pipes;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Security.Cryptography.X509Certificates;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class Plane_Text : MonoBehaviour
{
private Rigidbody m_Rigidbody;
public float speed = 5;
public float angle = 0;
private float x, y, z;
public Transform target;

void Start()
{
m_Rigidbody = gameObject.GetComponent<Rigidbody>();//获取组件
}

void Update()
{
var vec = new Vector3(x, y, z);
m_Rigidbody.AddForce(vec * speed, ForceMode.Force);//无人机朝vec向量方向运动，至于vec的取值由下面各个按键确定
/*******无人机飞机控制*********/
/*******W加油门（上升）；S减油门（下降）；A左转；D右转*********/
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.W))
speed++;
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.W))
x = 0;y = 1;z = 0;
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.S))
speed--;
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.D))
angle++;
this.transform.Rotate(Vector3.up * angle);//按下D键则一直右转，下同
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.D))
angle = 0;
this.transform.Rotate(Vector3.up * angle);//松开D键停止右转，下同
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.A))
angle--;
this.transform.Rotate(Vector3.up * angle);
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.A))
angle = 0;
this.transform.Rotate(Vector3.up * angle);
/*******↑前倾；↓后倾；←左倾；→右倾*********/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.LeftArrow))//按下←键朝向量（-1，2，0）方向运动，即左倾，但该左倾只是运动轨迹上左倾，模型是不会往左倾的，所以需要下脚本2里设置
x = -1; y = 2; z = 0; //这个取值随你定，但x一定是负的且z一定是0,至于x和y的大小就看你想飞行轨迹左倾多少来决定了
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.LeftArrow))//当松开←键时，不再左倾，而是按原来（0，1，0）方向，即y轴向上，继续移动
x = 0; y = 1; z = 0;//同样因为是y轴，x和z的值必须为0，y的值看你心情
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.RightArrow))//按下→键
x = 1; y = 2; z = 0;                     //这些我就不再解释了，跟上面“←键”的是一样的，只是倾斜方向不一样而已
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.RightArrow))
x = 0; y = 1; z = 0;
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.UpArrow))//按下↑键
x = 0;y = 2;z = 1;
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.UpArrow))
x = 0; y = 1; z = 0;
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.DownArrow))//按下↓键
x = 0;y = 2;z = -1;
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.DownArrow))
x = 0; y = 1; z = 0;
/**************************************************/
}
}

3.写脚本2（Plane_Move）：该脚本是用来实现模型的前后左右倾的

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.IO.Pipes;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Security.Cryptography.X509Certificates;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class Plane_Move : MonoBehaviour
{
   private Rigidbody m_Rigidbody;
   void Start()
   {
       m_Rigidbody = gameObject.GetComponent<Rigidbody>();//获取组件
   }

void Update()
   {
/*******↑前倾；↓后倾；←左倾；→右倾*********/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.LeftArrow))
transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, 10);//绕z轴转10°，即左倾，不一定是10，看你想倾多少就倾多少，别太大就行，下同
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.LeftArrow))
transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, 0);//松开按键恢复竖直向上飞，下同
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.RightArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, -10);
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.RightArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, 0);
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.UpArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(10, 0, 0);
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.UpArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, 0);
/**************************************************/
if (Input.GetKeyDown(KeyCode.DownArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(-10, 0, 0);
if (Input.GetKeyUp(KeyCode.DownArrow))
this.transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 0, 0);
/**************************************************/
}
}

4.完成上面3步，我们就会得到两个脚本

5.然后就是把这两个脚本拖到无人机上（注意两个都要拖！），接着就是运行了(如果是运行不了肯定是你复制了我的代码，但脚本名又和我不一样的缘故)

6.最后运行成功（原谅我不会截动图给你们看运行结果）

7.当然有人会说螺旋桨怎么不会转啊，这也简单；首先给四个螺旋桨的顶点各建一个空物体（每个螺旋桨要绕着它对应的空物体旋转），然后再写一个脚本（Power_all），我这里就不区分正反桨了。（你要区分也行，就是把Vector3.down改成Vector3.up就是另一对桨）

using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using System.Globalization;
using UnityEngine;
using System;
using UnityEngine.UI;
//using  UnityEngine.Debug;

public class Power_all : MonoBehaviour
{
public GameObject target01;//声明顶点
private float n = 10;

// Update is called once per frame
void Update()
{

this.transform.RotateAround(target01.transform.position, Vector3.down, 100f * n * Time.deltaTime);//该函数通过放入一个顶点，以及围绕这个顶点要旋转的x轴并给定旋转速度
 //Vector3向量，在三维坐标系中带有方向和大小的数据，Vector3.up=（0,1,0）、Vector3.down=（0,-1,0）、Vector3.left=（-1,0,0）、Vector3.right=（1,0,0）

}
}

8.将上面这个螺旋桨的脚本分别拖到各个桨叶模型上，然后将各个空物体拉到各个声明的顶点处即可。

9.上述即完成了简化的多旋翼无人机模拟飞行。可能有人会说我第2、3点谁规定了只能前倾一个角度，其实我是这样理解的，如果按照现实情景来完全模拟，确实前倾任意角度，甚至是180°，但前倾角度过大导致的结果是坠机，所以我设置在10°可以理解为安全倾角，当然你也可以自己该代码来实现自己想要的功能，我这里只是提供一个参考。

来源：https://blog.csdn.net/weixin_44411555/article/details/115585726