游戏开发中的跳跃设计

文章的思路来源于VoidmatrixUP的B站视频总结，以及一些本人游戏开发的感悟所写。

附上原视频链接：【游戏开发秘籍】二段跳？土狼跳？跳跃还有这么多骚操作！游戏角色跳跃功能实现 #01

游戏的跳跃设计往往决定了这个游戏的上手手感,对于开发者来说,好的游戏跳跃的设计(以及优化)基本要遵循以下原则:

物理模拟与心理预期的平衡
- 既需要遵循基础物理规律（如自由落体）满足玩家直觉，但也要适配游戏的合理放大能力（如2.5米跳跃高度）。
跳跃高度控制的插值过度
- 当角色达到预设高度限制时强制速度归零（直接下落或平滑减速）,但是直接将角色的速度取为0会导致手感上很生硬(就好像撞到了空气墙),所以现代游戏设计一般会在高度限制上做一个速度插值平滑过渡（如接近上限时渐衰减）.
跳跃缓冲（Jump Buffering）
- 存储提前输入的跳跃指令（如连续跳跃落地前几帧按键），在满足条件时自动触发。这点比较类似于游戏连招系统中的按键缓存.
跳跃宽限期（Coyote Time）
- 对于一些平台游戏,玩家在做出跳跃操作时,可能物理碰撞上已经离开了可跳跃平台(但是玩家视觉上还在地面上),就需要做出一个离地后短暂时间（如3帧）内仍允许起跳，解决边缘判定或视觉延迟问题。

一、物理引擎层：从牛顿定律到游戏化处理

1. 基础运动方程拆解

完整抛物线轨迹计算：

1 2	y(t) = v0 * t - 0.5 * g * t² vy(t) = v0 - g * t

游戏中的离散化实现（每帧更新）：

// Unity示例
void FixedUpdate() {
    if (!isGrounded) {
        velocity.y += gravity * Time.fixedDeltaTime;
        transform.position += velocity * Time.fixedDeltaTime;
    }
}

2. 重力定制化方案

游戏类型	重力系数（相对现实）	典型案例	设计意图
平台跳跃	0.3-0.6x	《蔚蓝》	延长空中控制时间
写实动作	0.8-1.2x	《战神》	增强重量感
卡通风格	0.1-0.3x	《星之卡比》	营造漂浮感

3. 空气动力学扩展

空气阻力模型：
1
2
# 下落终端速度计算
terminal_velocity = sqrt((2 * m * g) / (ρ * A * C_d))
其中ρ=空气密度，A=角色截面积，C_d=阻力系数（《塞尔达传说：荒野之息》采用动态调整）

二、操作响应系统（帧级精确实现）

1. 输入处理流水线

sequenceDiagram
    玩家按键->>输入系统: 记录按下时刻（精确到ms）
    输入系统->>跳跃逻辑: 当前帧是否在缓冲窗口内？
    跳跃逻辑->>物理系统: 若条件满足，施加初速度

2. 关键时间参数标准

参数	街机游戏（格斗类）	3A大作（动作类）	独立平台游戏
起跳响应延迟	≤2帧（33ms）	3-5帧	1-3帧
土狼时间	0-3帧	5-10帧	3-8帧
跳跃缓冲窗口	5-8帧	10-15帧	6-10帧

3. 输入优先级冲突解决

案例：《任天堂明星大乱斗》的"输入吞噬"机制：
- 在落地前3帧内的攻击输入会被跳跃动作覆盖
- 解决方案：建立输入优先级队列，通过状态机仲裁

三、进阶运动机制实现

1. 墙体跳跃(Wall Jump)物理模型

// UE5蓝图实现核心逻辑
void WallJump() {
    if (IsWallSliding()) {
        FVector impulse = wallNormal * horizontalForce + FVector::UpVector * verticalForce;
        character->AddImpulse(impulse, true);
        doubleJumpCount = 0; // 重置二段跳计数
    }
}

参数设计要点：
- 墙体法线方向的反作用力（通常为200-500单位）
- 垂直方向速度补偿（避免"黏墙"现象）

2. 斜坡适应算法

def adjust_slope_jump():
    slope_angle = atan2(ground_normal.y, ground_normal.x)
    effective_jump_force = jump_force * cos(slope_angle)
    if slope_angle > 30°:
        apply_friction(0.7)  # 陡坡减益

四、手感调优方法论

1. 参数敏感度测试矩阵

重力值(g)	初速度(v0)	滞空时间(秒)	玩家测试评分（1-10）
4.9	8.0	0.82	7.2
6.8	7.5	0.65	8.1
3.5	9.0	1.12	6.8

2. 运动曲线编辑工具

Unity动画曲线应用：

public AnimationCurve jumpArcCurve; 
void UpdateJump() {
    float evalTime = Mathf.Clamp01(jumpTimer / jumpDuration);
    velocity.y = jumpArcCurve.Evaluate(evalTime) * peakHeight;
}

典型曲线形态：
https://via.placeholder.com/600x400?text=Early+Peak+vs+Late+Peak

3. 触觉反馈增强

PS5 DualSense 自适应扳机方案：
- 起跳：短促强震动（0.1秒/150Hz）
- 落地：渐进弱震动（0.3秒/80Hz）

五、反人类设计警示录

常见陷阱：
- 加速度突变（如二段跳时重力突然增大2倍）
- 边缘碰撞体精度不足导致Coyote Time失效
- 动画根运动与物理模拟不同步

解决方案：

使用SmoothDamp平滑参数过渡：

float smoothVelocity;
void Update() {
    currentGravity = Mathf.SmoothDamp(currentGravity, targetGravity, 
                                    ref smoothVelocity, 0.15f);
}

六、商业游戏深度案例分析

《空洞骑士》跳跃系统拆解

机制	实现细节	设计哲学
基础跳跃	v0=11.5, g=35	强调精准落点
下劈攻击	下劈时临时设置g=5	鼓励空中连招
冲刺跳跃	水平速度保留80%	维持动量连贯性

《艾尔登法环》的跳跃革新

从《黑暗之魂》的固定距离跳跃改为动态系统：
- 奔跑状态：跳跃距离+20%
- 负重>70%：跳跃高度-30%
- 落地硬直帧数随重量递增

七、调试与性能优化

可视化调试工具：

void OnDrawGizmos() {
    Gizmos.color = Color.cyan;
    Gizmos.DrawLine(transform.position, transform.position + velocity);
    Gizmos.DrawWireSphere(predictedLandingPos, 0.5f);
}