【Unity 插件推薦】Simple Bicycle Physics 關節物理模擬系統，適用於自行車與輪式載具！

前言

今天要介紹的是 Simple Bicycle Physics，一款基於【關節物理（Joint Physics）】與【Animation Rigging】打造的 Unity 自行車模擬插件，主打【真實騎乘物理】+【程式化角色動作】的整合式解決方案。

不同於只處理車輛本體的物理插件，Simple Bicycle Physics 不僅完整模擬自行車【轉向】、【踩踏】、【傾斜】與【碰撞反應】，同時也處理了「角色如何自然地騎在車上」這件事。

透過【IK】、【噪音控制】與【關節校正】，即使是通用人形角色，也能快速套用騎乘姿態，省下大量動畫調整時間。

如果你正在開發【騎乘系統】、【開放世界交通工具】、【運動類遊戲】，或是需要高可信度的自行車物理表現，這套插件會是【相當成熟】且【可延展】的選擇。

Unity Simple Bicycle Physics 插件介紹

Simple Bicycle Physics 是一套以 Unity 原生物理系統為核心的自行車模擬工具，透過【Configurable Joint】、【剛體】、【物理材質】與【四元數控制】，建立【穩定】且【可預期】的騎乘行為。

插件整合了 Animation Rigging，讓角色的【踩踏】、【重心轉移】、【身體擺動】不再只依賴動畫片段，而是隨著【速度】、【轉向】與【地形】即時變化，呈現近似「半程式化動畫」的效果。

除了基本的玩家操控外，插件也內建【路徑錄製】與【回放系統】、【主動式布娃娃（Active Ragdoll）】，能延伸出【AI 騎士】、【重播幽靈】、【撞擊反應】等進階玩法。

功能特色

1. 關節物理自行車控制
   以 Unity 原生【關節物理】為基礎，處理自行車的【轉向】、【加速】、【傾斜】與【倒車】行為，並可直接透過參數調整騎乘手感，兼顧【穩定性】與【可控性】。
2. 【程式化動畫】與【IK】整合
   整合 Animation Rigging，讓角色的【踩踏動作】與【身體擺動】隨車輛狀態即時變化，支援標準人形角色快速套用騎乘姿態。
3. 【延伸系統】與【進階玩法】
   內建【路徑錄製回放】與【主動式布娃娃】機制，可用於【AI 騎士】、【重播展示】或【碰撞反應】表現。

適用場景

1. 【自行車】與【運動】題材遊戲
   適合用於【自行車競速】、【登山車】或【技巧挑戰】等玩法，能同時兼顧【操作感】與【視覺真實度】。
2. 【開放世界】與【角色移動系統】
   在需要長距離移動的場景中，自行車可作為【步行】與【高速載具】之間的選項，並支援【角色上下車】與【鏡頭跟隨】。
3. 【模擬】與【展示】用途
   由於物理參數高度可調，也適合用於【教學】、【展示】或【技術示範】類專案，快速呈現不同設定下的騎乘差異。

Unity Simple Bicycle Physics 插件下載安裝

Asset Store 下載連結：Unity Simple Bicycle Physics

Unity Simple Bicycle Physics 目錄結構詳解

• Animations：包含騎乘者的角色控制器，以及一些基本動畫（如待機、過渡到騎行、倒車）；內含的基於 Unity Mechanim 的動畫均為人形動畫，適用於所有人形角色。
• Editor：包含一個編輯器腳本，用於將場景中選定的自訂角色設定為騎乘者。
• Example Scenes：包含多種不同類型的自行車及其配置場景，供測試使用。
• Materials：包含材質（皆為標準著色器），相容於所有三種渲染管線。
• Mobile Controls：包含在 iOS/Android 平台上運作所需的相關檔案。
• Models：包含騎乘者可以騎乘的不同車輛類型的模型。
  這些模型被分解為以下部分：
  • 車把
  • 前叉下部
  • 前輪
  • 後輪
  • 曲柄
  • 前齒輪
  • 後齒輪
  • 右/左踏板
• Physic Materials：包含輪胎和地形的物理材質，相關設定可在 Bicycle Controller 的檢視面板中找到。
• Prefabs：完全設定好的自行車預製體，可直接拖放使用。
• Prototyping：包含測試環境的資料、紋理和模型。
• Scripts：核心腳本，詳見下文。
• Textures：包含材質所使用的紋理[2K - 4K 解析度]，提供多種騎行服類型和顏色供選擇。

Unity Simple Bicycle Physics 快速開始

設定自訂角色步驟

• 拖入預製體模板進場景。

• 拖入自訂角色。

• 選取自訂角色，點選＂Setup Selected＂按鈕。

• 這將一鍵把 TemplatePrefab 模板的原始騎乘者的 Transform、Animator Controller、Procedural IK Handler 等屬性轉移到你的自訂角色。

• 刪除原騎行者角色。

• 檢查新角色模型 Rig 下的各個 GameObject，並在檢視面板中將其值指定為你自訂角色的對應骨骼部件，和目標對象。

• 注意也要查看角色 CyclistAnimController 腳本的 Right Foot IK 有沒有配置，沒有要記得配置上。

• 查看 CyclistAnimController 原始碼可以看到程式碼裡並沒有動態配置 Right Foot IK參數，不知道這算不算是插件的一個 bug，作者忘記寫了。

行動端控制設定步驟

• 開啟場景：MobileBicycleStandardSetup.scene。
• 在 Bicycle Controller 腳本上點擊，使用 Visual Studio 或其他 IDE 開啟。
• 註解掉 //***MOBILE CONTROLS***// 之前的程式碼行，並取消註解 //***MOBILE CONTROLS***// 之後的程式碼行。 （選取文字後按 Ctrl + / 可快速註解/取消註解）。

• 將螢幕解析度設定為 1920x1080 或你裝置的解析度。
• 你可以透過觸控或滑鼠控制螢幕上的按鈕，Bicycle Controller 腳本檢視面板底部提供了額外的設定選項。

• 進入播放模式後，移動控制元件會自動引用（開發者請注意，我們在 Start() 函數中使用了 GameObject.Find(string s)，僅為方便起見）。
• 為 iOS/Android 平台建置專案以測試控制項。

Unity Simple Bicycle Physics 核心腳本說明

Bicycle Controller (自行車控制器)

這是最主要的控制腳本。

• (類) Cycle Geometry (自行車幾何)：
  • 包含用於動畫和控制自行車運動所需的 GameObject 引用。
  • 公共成員包括：車把、前叉下部、前輪、後輪、曲柄、前齒輪、後齒輪、右/左踏板。
  • 此類別與模型的錨點/軸心位置緊密配合，並使用四元數進行旋轉。
    重要：請確保任何你想要整合的新自行車模型，其錨點和位置遵循範例自行車的規範。
• F Physics Wheel (前輪物理組件)：
  • 這是一個 Unity 的可配置關節，其位置在所有軸上被鎖定，角運動在兩個軸上自由前進滾動 + 轉向。
  • 附有具有真實品質的剛體組件。
  • 使用球體碰撞體，因其能提供比高度細分網格更好的旋轉曲率。
• R Physics Wheel (後輪物理組件)：
  • 這是一個 Unity 的可配置關節，其位置在所有軸上被鎖定，角運動在一個軸上自由前進滾動。
  • 附有具有真實品質的剛體組件。
  • 使用球體碰撞體。
• (類) Wheel Friction Settings (車輪摩擦設定)：
  • 此類用於設定自行車輪胎的物理材質。
  • F Friction 對應前輪摩擦，R Friction 對應後輪摩擦，類型為 Vector2。
  • X 字段調整靜摩擦，Y 字段調整動摩擦，建議值保持在 0.5 以上。
• Steer Angle (轉向角)：控制車輪從中立位置轉向的最大角度。
• Axis Angle (軸傾角)：轉向時車輪的傾斜角度；此值僅影響視覺效果，不影響物理模擬。
• Lean Angle (車身傾斜角落)：對應騎乘者視覺上的身體重心轉移，數值越大，重心轉移越明顯；此值不影響物理模擬。
• Top Speed (最高速度)：自行車能達到的最大速度。
• Reversing Speed (倒車速度)：騎乘者倒車時的最大速度；此設定不會改變倒車動畫的速度。
• Torque (扭力)：騎乘者踩踏的力量，值越大，加速度越大。
• Speed Gain (速度增益)：加速度提升量，非物理精確，用於人為提升速度。
• COM (重心)：車輛的重心位置。
• Oscillation Amount (擺動幅度)：踩踏時自行車左右搖晃的程度，值越大，搖晃越明顯；此屬性也會影響角色的 IK。
• Oscillation Affect Steer Ratio (擺動影響轉向比)：遵循騎行的自然運動，車身的左右擺動也會在一定程度上影響轉向；此數值指的是車身擺動所造成的反向轉向量，數值越大，代表越多的擺動被轉移到車把的轉向。
• (類) Pedal Adjustments (踏板調整)：
  • 包含控制踏板運動的屬性；此類中的數值影響角色 IK。
  • Crank Radius (曲柄半徑)：踩踏中心的半徑，值越大，踏板旋轉半徑越長。
  • L/R Pedaling Offset (左/右踏板偏移)：控制踏板局部位置的 Vector3 值。
  • Pedaling Speed (踩踏速度)：對應騎乘者踩踏的快速緩慢。
• Ground Conformity (地面貼合)：對於非陀螺儀平衡的輪式系統（如三輪車）；啟用此選項可確保車輛並非總是直立，而是會跟隨地形曲率。
• Inelastic Collision (非彈性碰撞)：嘗試減少/消除自行車在摔倒撞擊後的彈跳。
• Bunny Hop Strength (兔跳力度)：騎乘者可以進行兔跳的向上力量。
• (類) Waypoint System (路徑點系統)：
  • 此系統用於創建機器人或多個離線玩家，與主玩家一同在地圖上沿路徑騎行，本質上是一個具有即時物理的重播/幽靈系統。
  • 使用方法：
    1. 在＂Recording State＂下拉式選單中選擇＂Record＂。
    2. 進入播放模式，騎乘你的自行車一段時間。
    3. 在播放模式下，選取層級檢視中的自行車控制器 GameObject，然後前往 Window > Save Bicycle Replay。
    4. 退出播放模式，前往 Window > Load Bicycle Replay。
    5. 將＂Recording State＂更改為＂Playback＂，然後進入播放模式進行測試。
  • 注意：回放是幀率依賴的，請確保錄製和回放時都開啟垂直同步以獲得一致效果。

Procedural IK Handler (程序化 IK 處理器)

此腳本嚴重依賴 Animation Rigging 包，並採用多種 IK 約束來模擬騎乘者的運動。

• Chest IK Range (胸部IK範圍)：Vector2 值，定義 ChestIKTargetGameObject 運動的上下限（X 為下限，Y 為上限），並修改運動的權重，權重類似 Lerp 插值。
• Hip IK Range (臀部 IK 範圍)：Vector2值，定義 HipIKTargetGameObject 運動的上下限。
• Head IK Range (頭部 IK 範圍)：Vector2值，定義 HeadIKTargetGameObject 運動的上下限。
• Hip IK Settings (臀部 IK 設置)：
  • Hip Vertical Oscillation (臀部垂直擺動)：臀部響應踩踏的上下擺動。
  • Hip Movement Aggression (臀部移動幅度)：臀部響應踩踏的旋轉擺動。
  • Hip Horizo​​​​ntal Counter Rotation (臀部水平反向旋轉)：臀部響應踩踏的左右擺動。
• Chest IK Settings (胸部 IK 設定) ：
  • Chest Vertical Oscillation (胸部垂直擺動)：胸部響應踩踏的上下擺動。
  • Chest Movement Aggression (胸部移動幅度)：胸部回應踩踏的旋轉擺動。
  • Chest Horizo​​​​ntal Counter Rotation (胸部水平反向旋轉)：胸部響應踩踏的左右擺動。
• Centered (居中控制)：臀部 IK 和胸部 IK 設置的主控。用於抑制/誇張自然運動，使騎乘者保持在自行車中心。
• (類) Noise Properties (噪音屬性)：為騎乘者提供視覺上的平衡、顫動、搖晃運動，以增強真實感。
• (類) Body Damping Properties (身體阻尼屬性)：控制身體響應地面角度的移動，較高的胸部和臀部阻尼值使身體像減​​震器一樣工作。

Bicycle Camera (自行車攝影機)

• Target (目標)：攝影機跟隨的 GameObject。
• Distance (距離)：攝影機與目標的水平距離。
• Height (高度)：攝影機與目標的垂直距離。
• Height Damping (高度阻尼)：攝影機達到指定高度所需的時間。
• Lookatheight (注視點高度)：攝影機注視點的高度偏移量(0, Y, 0)。
• Parent Rigidbody (父級剛體)：用於距離倍增計算。
• Rotation/Distance Snap (旋轉/距離捕捉)：達到指定旋轉和距離值所需的時間。
• Distance Multiplier (距離倍增)：隨著目標物加速，攝影機拉遠的效果。

Perfect Mouse Look (完美滑鼠視角)

當滑鼠移動時，此腳本被激活，使用者可以使用滑鼠環繞目標物體觀察。當滑鼠停止移動時，視角會平滑地彈回原始位置。

Unity Simple Bicycle Physics 程式化動畫

在我們的資源中，僅使用三個動畫狀態來管理騎乘者的全部運動。

我們利用了一些程序化技術，包括噪音和透過重量控制的預設 IK。

這些偽程序化動畫就是 Animation Rigging 包的直接成果。

所有動畫都以 Unity 的 Mechanim 人形動畫片段為基礎。這些片段可以直接在編輯器中編輯，並且具有很高的可自訂性。

Unity Simple Bicycle Physics 布娃娃物理系統

概述

主動式布娃娃是一種能夠施加力來移動自身的布娃娃物理系統。

在本資源中，主動式布娃娃透過關節系統，嘗試復刻目標動畫的旋轉姿態來實現運動。

在 Simple Bicycle Physics 中，主動式布娃娃以預製體的形式存儲，並在碰撞時實例化。

相關的碰撞設定和預製體實例化程式碼位於 Bicycle Status Script 中。

工作機制

• 初始化：
  • 發生碰撞時，系統會填滿關節和受追蹤肢體的列表，並將它們的變換狀態複製到緩衝區中。
  • 在下一個 FixedUpdate 中，這些緩衝值被應用到變換矩陣中，並根據碰撞位置初始化關節。
• 動畫跟隨：
  • 隨後，主動式布娃娃機制開始運行，其運動受到布娃娃動畫控制器及其自身物理動畫的影響。
• 層級結構：
  • 碰撞後，實例化的預製體在層級視圖中的結構如下：
    • CrashDummy (Clone) 這是主動式布娃娃對象，它複製 AnimationToFollowTagGameObject 中正在運行的動畫。

• 重置：
  • 當按下 R 鍵時，布娃娃系統會被重置，對應的 GameObject 將會被銷毀，這一過程分別在 LateUpdate() 和 GetKeyUp 事件中處理。

可調參數

您可以直接編輯預製體來觀察變化。

• 身體部位品質：
  • 指每個活動關節組件所附剛體的質量，這會影響系統的動量。
  • 注意：目前腳本假定所有身體部位都具有相同的給定質量。 [此設定可能在未來的更新中改變]
• 關節角阻尼：
  • 控制關節在受到撞擊後運動的阻尼程度。
  • 較低的數值會導致關節出現無力的甩動效果。
  • 較高的數值會使關節反應更遲緩，盡可能保持其原有位置。
• 剛度：
  • 控制主動式布娃娃跟隨原始動畫的緊密程度。
  • 數值越高，布娃娃會越嚴格地復刻動畫。
• 拋射速度倍增器：
  • 這是一個趣味性效果，能讓布娃娃被拋射出去的速度大於車輛本身的速度。
  • 為了物理準確性，此值應設為 1，這樣玩家角色將正確繼承車輛的動量。

Unity Simple Bicycle Physics 上下車機制

概述

資源包中的車輛上下車場景使用了由 Unity Technologies 提供的 Starter Assets - Third Person Character Controller。

以下步驟將指導您如何使用此第三人稱角色控制器來設定場景。

設定步驟

第一步：匯入資源

• 點擊上方鏈接，將 Starter Assets - Third Person Character Controller 資源新增到您的資源庫。
• 在 Unity 編輯器中，前往 Window > Package Manager。
• 搜尋並找到該資源包，下載並安裝。
• 安裝後，編輯器可能會提示您重新啟動 Unity 以更新輸入系統，請選擇「是」。

第二步：配置輸入系統

• 前往 Project Settings > Player Settings > Other Settings。
• 找到＂Active Input Handling＂選項，並將其設為＂Both＂。

第三步：測試場景

• 完成上述設定後，點選播放按鈕測試場景功能。

故障排除

• 確保角色引用正確：
  • 請檢查並確保在 Animation Controller 腳本中正確引用了 PlayerArmature。

Unity Simple Bicycle Physics 關節物理模擬系統相關介紹 & 教學影片

Simple Bicycle Physics [UNITY]

Mountain Bike Mechanics with Impact IK | Simple Bicycle Physics

Active Ragdoll Simulation - Simple Bicycle Physics [UNITY]

Unity Simple Bicycle Physics 關節物理模擬系統相關網站 & 插件載點

【Simple Bicycle Physics】

Asset Store 下載連結：Simple Bicycle Physics

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經中華網龍遊戲 企劃進入遊戲圈，然後被雷打到去學 程式前後端又學了點 設計再 帶帶幾個研發團隊，見證了 3D 渲染技術及遊戲引擎互相進步，也見證了研發代理的更迭與博弈遊戲的興起，再毅然研究起 SEO 網路行銷與 社群廣告投放，深信自研自賣才是最大贏家，期望能為台灣研發重回輝煌時光貢獻一點力量。如果你也有 遊戲夢，歡迎交流認識。

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