Game_Num_Basics_And_Calc

🥊 伤害判定机制详解：Hitbox vs. Distance vs. Raycast

本文档详细解析游戏中伤害判定的三种核心流派：基于数值的距离判定 (Distance Check)、基于模型的物理判定 (Hitbox/Collider) 以及 射线检测 (Raycast/Hitscan)。

我们将探讨它们的原理、优缺点、适用场景，并结合 FPS游戏、Monster Hunter、Elden Ring 和 Vampire Survivors 等业界案例进行分析。

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1. 理论基础 (Theoretical Foundation)

伤害判定的本质是回答一个问题：“在攻击生效的瞬间，受害者是否处于攻击范围内？”

1.1 距离判定 (Distance/Logic Check)

• 原理: 纯数学计算。不关心模型长什么样，只关心两个坐标点的距离和角度。
• 公式: Distance(Attacker, Victim) <= Range + RadiiSum AND Angle(Forward, DirToVictim) <= ConeAngle/2。
• 特征:
  • 确定性 (Deterministic): 只要在圈里，必中。
  • 性能极高: 简单的向量运算。
  • 视觉偏差: 可能出现“刀还没碰到怪，怪就掉血了”的情况（Phantom Range）。

1.2 物理判定 (Hitbox/Physics Check)

• 原理: 利用物理引擎的碰撞检测。
• 实现: 在武器模型上挂一个 Collider (Trigger)，在攻击动画挥动期间激活它。当它与敌人的 Hurtbox 重叠时触发事件。
• 特征:
  • 精确性 (Pixel Perfect): 只有刀刃划过身体才算中。
  • 性能开销: 物理引擎 (PhysX) 的开销比数学计算大得多。
  • 不稳定性: 容易发生穿模 (Tunneling)，高速挥动时可能检测不到。

1.3 射线判定 (Raycast/Hitscan Check)

• 原理: 从发射点向目标方向发射一条无限细的“光线”，检测第一个碰到的物体。
• 实现: Physics.Raycast(origin, direction, out hitInfo, maxDistance)。
• 特征:
  • 瞬时性 (Instant): 没有飞行时间，按下开火键即命中。
  • 点对点: 只要两点之间有障碍物，就会被挡住（极其精准的视线遮挡）。
  • 体积忽略: 射线没有厚度，极难命中细小的移动目标，通常需要配合“辅助瞄准”或“粗射线 (SphereCast)”。

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2. 什么时候用什么？ (Decision Matrix)

场景	推荐方案	原因
FPS / TPS (CS:GO, Overwatch)	射线判定 (Hitscan)	枪械射击要求瞬时反馈，所见即所得。
Moba / RTS (LoL, Starcraft)	距离判定	强调竞技公平性。A出去就必须中，不能因为模型动作没碰到就Miss。
MMORPG (WoW, FF14)	距离判定	网络延迟存在，物理判定会导致严重的“我明明躲开了”的同步问题。
动作游戏 (DMC, Elden Ring)	混合模式	玩家攻击通常用物理判定（追求打击感）；怪物攻击常用距离判定（追求可靠性）。
割草游戏 (Vampire Survivors)	距离判定	同屏 500 个怪，用物理判定 CPU 会直接爆炸。
格斗游戏 (Street Fighter)	Hitbox (2D)	定义极其严格的矩形框，这是玩法的核心。

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3. 深度实践指南 (Implementation Guide)

方案 A: 纯距离判定 (Distance Check) —— 塔防/ARPG小怪首选

• 核心逻辑: Vector3.Distance(a, b) < (r1 + r2)。
• 优化技巧:
  • 平方距离比较: 使用 (a-b).sqrMagnitude < (r1+r2)^2，避免开方运算 Math.sqrt，性能提升显著。
  • 空间划分: 使用 Quadtree 或 Grid 将 500 个怪物的 $O(N^2)$ 检测降低到 $O(N)$。
  • 扇形检测: 先做距离检测，再做 Vector3.Dot 点积检测角度。
• 适用: 塔防中的范围攻击（AoE）、Roguelike 中的割草技能。

方案 B: 物理判定 (Weapon Collider) —— 大型Boss/精确闪避首选

• 核心逻辑: OnTriggerEnter(Collider other)。
• 配置要点:
  • Rigidbody: 武器通常不需要刚体，或者设为 Kinematic。
  • LayerMatrix: 严格设置碰撞矩阵，武器层只能撞击 Hurtbox 层，避免与墙壁或队友发生无意义的物理计算。
  • 插值 (Interpolation): 开启刚体插值，确保在低帧率下判定框平滑移动。
• 适用: 魂类游戏的翻滚闪避、Boss 的挥砍动作（玩家需要根据动作方向躲避）。

方案 C: 射线判定 (Raycast/SphereCast) —— 远程武器/狙击塔首选

适合高速飞行的子弹、激光或瞬发的魔法攻击。

1. 基础射线 (Raycast):
   • 原理: Physics.Raycast(origin, direction, out RaycastHit hit, range, enemyLayer)。
   • 代码示例:

     if (Physics.Raycast(muzzlePos, direction, out RaycastHit hit, range, enemyLayer)) {
         ApplyDamage(hit.collider.gameObject);
     }
     

   • 缺点: 射线太细，容易穿过怪物的咯吱窝或两腿之间，导致“描边枪法”。
2. 粗射线 (SphereCast / BoxCast):
   • 想象发射一根粗壮的“圆柱体”而不是细线。
   • Physics.SphereCast(origin, radius, direction, out hit, maxDist)。
   • 优点: 极大地提高了命中率，手感更好，允许稍微打偏一点也能中。这是现代 FPS 的主流做法。
3. 多段射线 (Multi-Raycast) - 霰弹枪:
   • 在一个圆锥体内随机发射 10 条射线。
   • 每条射线单独判定伤害。
   • 效果: 距离越近，命中的射线越多，伤害越高（贴脸暴击）。

3.4 复杂动作判定 (Advanced Animation Sync)

不仅仅是旋转攻击，任何非瞬发动作都需要让“判定形状”匹配“动画轨迹”。

A. 旋转攻击 (Spin / Whirlwind)

问题: 纯圆形判定会导致“刀未到，伤先至”。 解法: 多段扇形检测 (Multi-Stage Sector Check)。

• T+0.0s: 前方 90° -> T+0.1s: 右侧 90° -> …
• Vampirefall 策略: 高攻速下退化为全圆检测以节省性能。

B. 突刺 (Thrust / Stab)

问题: 动画是细长的直线，如果用圆形判定，会打到身侧的空气。 解法: 延迟矩形检测 (Delayed Box Check)。

• 在刺击达到最远端的帧，检测前方一个长条形区域（如 长5m x 宽1m）。
• 或者使用 粗射线 (SphereCast)。

C. 下劈 (Overhead Smash)

问题: 动作有明显的前摇（举剑），如果按下键立刻伤害，毫无打击感。 解法: 关键帧触发 (Impact Frame)。

• 必须严格在武器接触地面的那一帧触发判定。
• 判定区域通常是一个以落点为圆心的小圆（震波），加上前方的一小段矩形（剑身）。

核心原则: 判定形状 (Hit Shape) 必须拟合 动画轨迹 (Animation Trail)。

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4. 业界优秀案例 (Industry Case Studies)

🔫 Overwatch (守望先锋) —— Hitscan 与 Projectile 的平衡

• 黑百合 (狙击): 纯 Hitscan。鼠标点哪打哪，考验极致定位。
• 半藏 (弓箭): Projectile (有飞行时间的投射物)。实际上是一个带 Collider 的小球在飞。
• 判定膨胀: 为了照顾主机手柄玩家，角色的 Hitbox 比模型实际要大一圈（头部判定框像个大西瓜）。

🏆 Monster Hunter (怪物猎人) —— 精准 Hitbox 的极致

• 机制: 极其严格的 Hitbox。龙的尾巴扫过，如果玩家正好在尾巴弯曲的空隙里，就不会受伤。这种精确性是硬核动作体验的基石。

💍 Elden Ring (艾尔登法环) —— 混合的艺术

• 投技 (Grab): 极其诡异的混合判定。看起来手还没碰到，但判定框已经到了，导致“空气抓取”。这是为了平衡PVP延迟而做的妥协。

🧛 Vampire Survivors (吸血鬼幸存者) —— 性能的妥协

• 机制: 只有距离判定。
• 理由: 当同屏有 1000 个怪时，物理碰撞是不可能的。所有的“武器”实际上都是以玩家为中心的数学公式（圆环、扇形、随机点）。

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5. Project Vampirefall 选型指导 (Strategic Guide)

针对 塔防 + Roguelike 这一独特混合品类，我们需要在“海量单位性能”与“动作打击感”之间走钢丝。

5.1 核心原则：分级判定策略

不要试图用一种方案解决所有问题。按单位数量级分层：

单位类型	数量级	推荐方案	理由
海量杂兵 (Swarm)	100+	距离判定 (Distance)	CPU 预算极为有限，必须使用最廉价的数学计算。配合 GPU Instancing 渲染。
精英怪 (Elite)	10-20	距离 + 扇形 (Sector)	需要一定的方向感，不能让怪屁股对着玩家也能打出伤害。
Boss	1	混合判定 (Hybrid)	普攻用距离，大招用物理 Hitbox 或复杂的射线组合，提供“可闪避”的交互空间。
防御塔 (Tower)	20-50	距离 (AoE) / 射线 (单体)	塔是静止的，不需要复杂的动作判定。

5.2 投射物选型：Hitscan vs. Projectile

• 狙击塔/激光塔: 必须用 Hitscan (射线)。
  • 理由: 避免“弹道飞行过程中怪死了”导致的伤害丢失（Overkill），保证高频塔的有效 DPS。
• 火炮/法师塔: 必须用 Projectile (投射物)。
  • 理由: 爆炸延迟和飞行轨迹是塔防的视觉核心。且慢速投射物允许玩家预判和操作（如用技能聚怪）。

5.3 混乱环境下的预警机制 (Telegraphing)

在肉鸽后期，屏幕上全是特效。

• Boss 技能: 严禁使用“无前摇”的 Hitbox 判定。
• 解决方案: 必须先在地面绘制 预警贴花 (Decal)（红色矩形/扇形），延迟 0.5秒 后再进行伤害判定。
• 判定逻辑: 实际上是检测“谁站在了预警贴花里”，而不是检测“谁被 Boss 模型碰到了”。这在视觉混乱时最公平。

5.4 网络同步考量 (Multiplayer Considerations)

如果未来支持联机 Co-op：

• 防守方有利 (Defender’s Advantage): 伤害判定应在客户端先行预演（显示扣血数字），服务器做最终校验。
  • 位置宽容: 由于网络延迟，怪物的实际位置可能与客户端不同。服务器在校验距离时，应给予额外 0.5米 ~ 1.0米 的宽容度 (Buffer)，防止“明明打到了却没伤”的挫败感。

5.5 英雄多武器判定架构 (Hero Weapon Architecture)

针对 Vampirefall 英雄拥有多种武器（太刀、大剑、弓、弩）且具备招式连段（Combo）的特点，建议采用 组件化判定框架。

A. 架构设计

将“攻击逻辑”从代码中剥离，封装为可插拔的模组 (ScriptableObject):

• MeleeSlashModule: 负责扇形/矩形检测。
• PhysicsHitboxModule: 负责激活武器上的 Collider。
• ProjectileModule: 负责生成子弹实体。
• HitscanModule: 负责发射射线。

B. 武器特定实现

1. 太刀 (Katana) - 快节奏/多段判定
   • 普攻 (Slash): 使用 延迟矩形检测。速度快，不需要精确 Hitbox，保证命中率优先。
   • 旋风斩 (Spin): 使用 多段扇形检测 (如前文 3.4 所述)，确保 360° 无死角且时序正确。
   • 居合 (Iaijutsu): 使用 超长距离 Hitscan 或 超大矩形，强调“瞬杀”感。
2. 大剑 (Greatsword) - 慢节奏/重打击
   • 横扫 (Wide Swing): 建议开启 Physics Hitbox。因为动作慢，玩家会盯着剑刃看，穿模会很明显。且物理判定能天然支持“打到墙壁弹刀”的硬核机制。
   • 下劈 (Slam): 严格的 Impact Frame 触发震波 (AoE 圆形)。
3. 长弓 (Bow) - 物理手感
   • 使用 Projectile (实体箭矢)。
   • 抛物线: 加上重力，让玩家体验“吊射”的乐趣。
   • 蓄力: 蓄力时间决定箭矢的初速度和穿透力。
4. 轻弩 (Crossbow) - 机械精准
   • 使用 Hitscan (射线) 或 极高速 Projectile。
   • 强调指哪打哪，适合快速清理高威胁目标（如自爆怪）。

C. 数据驱动配置

每个武器的每一招（Combo 1, 2, 3）都应配置一个 WeaponMoveSet：

class WeaponMove {
    public float DamageMult;
    public float ImpactTime; // 判定生效时间点
    public HitType Type; // Melee, Projectile...
    public Vector3 HitboxSize; // 仅近战有效
}

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