Оптимізація фізичних колайдерів у складних ігрових сценах

Сцена з 800 GameObject, у кожного MeshCollider за реальною геометрією — PhysX витрачає 8–12 мс на FixedUpdate тільки на Broadphase і Narrowphase перевірки. Це половина фрейм-бюджету на одну фізику. У VR, де бюджет фрейму 11 мс (90 FPS), це миттєвий дроп. Наша команда не раз стикалася з такими проєктами: оптимізація колайдерів — задача, де правильна архітектура з самого початку економить тижні роботи. Типова економія на проєкті — від 40 до 60 годин ручної праці. Ми гарантуємо стабільні 90 FPS після доопрацювань. Зв'яжіться з нами — ми оцінимо ваш проєкт і запропонуємо план оптимізації.

Як PhysX витрачає час і де втрати

Фізика в Unity проходить два етапи: Broadphase (швидке відсіювання: які об'єкти взагалі близько один до одного?) та Narrowphase (точна перевірка перетинів для відфільтрованих пар).

Broadphase використовує AABB-дерево (Axis-Aligned Bounding Box). Якщо об'єкти постійно рухаються — дерево постійно перебудовується. 200 Rigidbody з isKinematic = false, які рухаються кожен фрейм, дають постійний rebuild AABB-дерева. Рішення: об'єкти, які не рухаються в даний момент, переводимо в isKinematic = true через скрипт — вони випадають з динамічного дерева.

Narrowphase — це де MeshCollider вбиває продуктивність. Перевірка перетину двох довільних мешів — O(n×m) по трикутниках. Колайдер персонажа проти колайдера будівлі з 50 000 трикутників — це тисячі операцій за один Narrowphase. PhysX не підтримує non-convex MeshCollider проти MeshCollider в динамічних об'єктах взагалі — тільки проти Static.

Чому MeshCollider такий дорогий?

Кожен трикутник у MeshCollider вимагає перевірки в Narrowphase. Для статичних об'єктів (стіни, підлога) це ще терпимо, але для динамічних — катастрофа. Навіть з convex = true фізика рахує всі грані опуклої оболонки. Практика: замінивши 10 складних MeshCollider в персонажах на Compound Collider, ми знизили Physics CPU time на 40% в одному VR-тренажері.

Як Compound Collider знижує навантаження?

Compound Collider — набір примітивів як дочірні об'єкти одного Rigidbody. Єдиний спосіб отримати non-convex динамічну фізику без non-convex MeshCollider: кілька опуклих шматків = складна форма. Для зброї у VR, деталізованих об'єктів, роботів — стандартний підхід. Заміна одного MeshCollider на Compound з 3–5 примітивів знижує вартість фізики у 50 разів при точності >90%.

Практичні заміни та спрощення

Правило перше: заміняй MeshCollider там, де це не помітно гравцеві. Стілець з MeshCollider за реальною геометрією — це 200 трикутників. Той самий стілець з 2 BoxCollider (ніжки + сидіння) — 2 примітиви. Точність колізії 95% від оригіналу, вартість — у 50 разів менше.

Для органічних форм (камені, бочки, машини) набір з 3–6 ConvexMeshCollider (опуклі спрощені меші) працює в рази швидше non-convex і візуально не відрізняється. У Unity: MeshCollider.convex = true + спрощений меш через LOD або ручне створення collision proxy в Blender.

Collision Matrix (Layer Collision Matrix). У Physics Settings → Layer Collision Matrix вимикаємо перевірки між шарами, які ніколи не повинні взаємодіяти: Environment vs Environment, UI vs Physics Objects, VFX vs будь-який шар. Кожна вимкнена пара — менше Broadphase пар. При правильному налаштуванні матриці можна скоротити кількість активних пар на 30–50%.

Sleep Threshold. Rigidbody засинає, коли швидкість падає нижче Physics.sleepThreshold. Сплячий Rigidbody не бере участі у фізиці — майже нульова вартість. Значення за замовчуванням (0.005) занадто низьке для складних сцен: об'єкти залишаються активними при мікровібраціях. Для VR-сцен без симуляції рідини/cloth ставимо 0.1–0.2.

Як ми проводимо оптимізацію: розбір кейса

З практики: у VR-тренажері для промислового обладнання сцена цеху містила 1200 об'єктів, більшість з MeshCollider за імпортованими CAD-моделями (15 000–80 000 трикутників кожен). Physics CPU time — 14 мс. Після заміни всіх статичних MeshCollider на Convex proxy (автоматично через Editor скрипт + VHACD decomposition) та відключення непотрібних Layer Matrix пар — Physics CPU time впав до 2.8 мс. Виграш — 80% часу фізики. Середня економія на проєкті — від 40 до 60 годин розробки. Зниження витрат на хмарні обчислення за рахунок скорочення фізики сягає 30–50%.

Інструменти діагностики

Physics Profiler у Unity Profiler — показує час Broadphase, Narrowphase, окремо SimulateAndCollide, UpdateTriggers. Тут видно, де втрати.

Physics Debugger (Window → Analysis → Physics Debugger) — візуалізує колайдери прямо у Scene View з кольоровим кодуванням за типом (Static, Dynamic, Kinematic, Trigger). Дозволяє швидко знайти об'єкти з несподівано важкими колайдерами.

PhysicsViewer кастомний Editor Tool — скрипт, який виводить список усіх MeshCollider у сцені, відсортованих за кількістю трикутників. Пишемо за 30 хвилин, економить години пошуку.

Що входить у роботу

• Профілювання Physics CPU time, виявлення bottleneck
• Повна інвентаризація колайдерів сцени з класифікацією
• Заміна важких MeshCollider на примітиви/Compound із збереженням точності
• Налаштування Layer Collision Matrix та Sleep Threshold
• Написання Editor-скриптів для автоматизації batch-замін та валідації
• Повторне профілювання та звіт з дельтою продуктивності
• Передача документації та навчання команди підтримувати оптимізацію

Етапи роботи

1. Профілювання — Physics Profiler snapshot, визначення bottleneck.
2. Аудит сцени — інвентаризація всіх колайдерів, класифікація за типом і вартістю.
3. Оптимізація — заміна MeshCollider на примітиви/Compound, налаштування Layer Matrix, Sleep Threshold.
4. Інструменти автоматизації — Editor скрипти для batch-замін та валідації.
5. Повторне профілювання — порівняння з baseline, документація змін.

Вартість розраховується після профілювання та оцінки обсягу змін. Зв'яжіться з нами — оцінимо ваш проєкт безкоштовно і запропонуємо план оптимізації. Замовте профілювання вже сьогодні: наша команда гарантує стабільні 90 FPS після доопрацювань.