[TUTORIAL] Wheel Collider - como configurar corretamente.

A wheel collider possui algumas configurações de valores que num primeiro momento parecem não fazer sentido, mas compreender o que eles representam facilitará muito a tarefa de criar um veículo na Unity.
Um dos elementos mais importantes para a configuração correta da Wheel Collider é a curva de fricção, esta, define como o pneu irá se comportar com a variação do torque aplicado a ele.
Como estudo de caso, utilizei o MS Vehicle System Free, da forma como é disponibilizado, em sua configuração padrão, que é mostrada logo abaixo:




Entendendo a curva de fricção.

O Forward Friction define o quanto de aderência o pneu terá no sentido da banda de rodagem.
os valores de Extremum e Asymptote definem a forma da Curva de aderência. Essa forma é uma representação do quanto o pneu irá ter aderência conforme o torque é aplicado.
O Stiffness funciona como um multiplicador dos valores de Extremum e Asymptote, você pode variá-lo para simular o comportamento do pneu sob diferentes superfícies, por exemplo: com 3 de stiffness, seu pneu pode se comportar como se estivesse sobre uma superfície asfaltada, caso seu carro saia da pista e passe sobre a grama, baixar o stiffness para 0.5 simulará um comportamento mais escorregadio, o que é esperado para uma superfície coberta por grama.
Abaixo podemos visualizar a curva formada pelos valores padrões de Forward Friction do MSVS, (1,1,1,1).



O Sideways Friction define a resistência que o pneu terá ao esforço lateral, ou seja, a aderência que o pneu terá em uma curva.
Abaixo vemos os valores padrões de Sideways Friction do MSVS, (1.6, 1, 0.5, 0.75)



Utilizando estes valores, o carro apresenta baixa aderência na arrancada, curvas, e frenagem, o que força o aumento da massa do Wheel Collider para "corrigir" o pouco atrito com o solo.
No exemplo cada Wheel Collider pesa 200 Kg, o que claramente não reflete a realidade.
A seguir temos uma curva semelhante ao apresentado na Documentação do Wheel Collider da Unity



Ressalto que os valores utilizados são apenas uma referência para a forma da Curva, o Stiffness é quem irá definir os valores reais dela.
No exemplo acima temos:
Extremum Slip: 2
Extremum value: 5
Asymptote Slip: 5
Asymptote value: 2
Stiffness: 1
Caso utilizasse o dobro do Stiffness, teríamos o dobro dos valores de Extremum e Asymptote.
Com essa forma de curva de aderência, o carro melhora nas arrancadas, responde melhor nas curvas e na frenagem.

Analisando a relação do torque com a curva de fricção, vemos que a aderência aumenta conforme o torque aplicado, até seu ápice(extremum), onde o valor começa a diminuir. Após o ponto Asymptote, a aderência tem um valor constante.
O cenário ideal utiliza uma curva de torque personalizada, uma curva de aderência similar ao exemplo acima, e o valor de Stiffness altera a abrangência da curva de aderência sobre a curva de torque. Isso só é alcançado com experimentação, pois cada veículo é único. Abaixo vemos um exemplo de cenário ideal para determinado tipo de carro:



Recomendações:
Se um carro tem um peso bruto de 1300 Kg, convém subtrair o valor aproximado de 4 rodas desse total ficando assim:
(exagerando) 20kg por roda = 80 Kg
peso da carroceria do veículo = 1220kg
*Respeitar o peso real dos objetos evita que haja o desbalanceamento nos cálculos de física, rodas muito pesadas tendem a fazer o carro perder a dianteira nas curvas (Understeer)

Defina os valores da curva seguindo a mesma forma apresentada no exemplo, ou com leves alterações pra simular tipos de pneus(macio, médio, duro, chuva, etc). e por fim altere o stiffness em tempo real conforme o tipo de terreno(asfalto, lama, concreto, paralelepípedos, etc).

Utilize dimensões reais sempre que possível, preste atenção no "tamanho" da roda, o valor solicitado pelo wheel collider é o raio! Uma roda Aro 20' possui 50 cm de diâmetro, ou 25 cm de raio. Somando o valor da banda de rodagem, temos algo em torno de 65 cm de diâmetro e 32,5 cm de raio. Errar esses valores alterará a velocidade final do veículo, assim como o torque do mesmo.
Aplicar 35,7 Kgf de torque numa roda de 10 cm de diâmetro, fará ela deslizar infinitamente, já uma roda com 2 metros de diâmetro, o carro se moverá bem devagar.

Evite alterar a escala do Whell Collider da maneira convencional, utilize o valor do raio para definir o seu tamanho correto, caso ela fique desproporcional, convém alterar a escala dos seus outros objetos no seu programa de modelagem preferido. preferivelmente adotando a escala similar à realidade. o wheel collider será o elemento chave da sua simulação, fazer gambiarras aqui não é uma opção se você quer obter realismo.

A seguir, uma comparação das configurações originais da Wheel Collider do MSVS (à esquerda), e a versão com uma curva similar à apresentada logo acima, com a correção do peso do veículo e rodas. (à direita) Note que mesmo reduzindo a massa das rodas, ela se prende melhor ao chão e consegue tracionar tanto quanto as rodas pesadas. Evitando a famosa "cantada de pneu" na arrancada.



Esse controle maior da aderência fica mais evidente na resposta que o carro passa a ter nas curvas, podendo ser personalizado de acordo com a necessidade, por exemplo:
Por se tratar de uma caminhonete cuja parte traseira tende a ser mais leve que a dianteira, o comportamento esperado é que ela perca a traseira nas curvas (oversteer), o que pode ser simulado abaixando o stiffness do sideways friction nas rodas traseiras.

isah escreveu:A wheel collider possui algumas configurações de valores que num primeiro momento parecem não fazer sentido, mas compreender o que eles representam facilitarão muito a tarefa de criar um veículo na Unity.
Um dos elementos mais importantes pra configuração correta da Wheel Collider é a curva de fricção, esta, define como o pneu irá se comportar com a variação do torque aplicado a ele.
Como estudo de caso, utilizei o MS Vehicle System Free, da forma como é disponibilizado, em sua configuração padrão, que é mostrada logo abaixo:



Entendendo a curva de fricção.
Forward Friction define o quanto de aderência o pneu terá no sentido da banda de rodagem.
os valores de Extremum e Asymptote definem a forma da Curva de aderência. restando ao  Stiffness multiplicar esses valores conforme a necessidade.
Abaixo podemos visualizar a curva formada pelos valores padrões de Forward Friction do MSVS, (1,1,1,1).



Sideways Friction define a resistência que o pneu terá ao esforço lateral, ou a aderência que o pneu terá em uma curva por exemplo.
Abaixo vemos os valores padrões de Sideways Friction do MSVS, (1.6, 1, 0.5, 0.75)



Utilizando estes valores, o carro apresenta baixa aderência na arrancada, curvas, e frenagem, o que força o aumento da massa do Wheel Collider para "corrigir" o pouco atrito com o solo.
No exemplo cada Wheel Collider pesa 200 Kg, o que claramente não reflete a realidade.
A seguir temos uma curva semelhante ao apresentado na Documentação do Wheel Collider da Unity



Ressalto que os valores utilizados são apenas uma referência para a forma da Curva, o Stiffness é quem irá definir os valores reais dela.
No exemplo acima temos:
Extremum Slip: 2
Extremum value: 5
Asymptote Slip: 5
Asymptote value: 2
Stiffness: 1
Caso utilizasse o dobro do Stiffness, teríamos o dobro dos valores de Extremum e Asymptote.
Com essa forma de curva, o carro melhora nas arrancadas, responde melhor às curvas, e a frenagem.

Analisando a relação do torque com a curva de fricção, vemos que a aderência aumenta conforme o torque aplicado, até seu ápice(extremum), onde o valor começa a diminuir. Após o ponto Asymptote, a aderência tem um valor constante.
O cenário ideal seria uma curva de torque personalizada, a curva de aderência similar ao exemplo acima, e o valor de Stiffness alterando a abrangência da curva de aderência sobre a curva de torque. Isso só é alcançado com experimentação, pois cada veículo é único. Abaixo vemos um exemplo de cenário ideal para determinado tipo de carro:



Recomendações:
Se um carro tem um peso bruto de 1300 Kg, subtraia o valor aproximado de 4 rodas desse total ficando assim:
(exagerando) 20kg por roda = 80 Kg
peso da carroceria do veículo = 1220kg

Utilize dimensões reais!  Preste atenção ao "tamanho" da roda, o valor solicitado pela wheel collider é o raio! Uma roda Aro 20' possui 50 cm de diâmetro, ou 25cm de raio. Somando o valor da banda de rodagem, temos algo em torno de 65 cm de diâmetro e 32,5cm de raio. Errar esses valores alterará a velocidade final do veículo, assim como o torque do mesmo.
Aplicar 35,7Kg de torque numa roda de 10cm de diâmetro, fará ela deslizar infinitamente, já uma roda com 2m de diâmetro, o carro se moverá bem devagar, então, utilize valores reais sempre que possivel.
Defina os valores da curva seguindo a mesma forma apresentada no exemplo, ou com leves alterações pra simular tipos de pneus(macio, medio, duro, chuva, etc). e por fim altere o stiffness em tempo real conforme o tipo de terreno(asfalto, lama, concreto, paralelepípedos, etc).

A seguir, uma comparação das configurações originais da Wheel Collider do MSVS, e a versão com uma curva similar à apresentada logo acima, com a correção do peso do veículo e rodas. Note que mesmo reduzindo a massa das rodas, ela se prende melhor ao chão e consegue tracionar tanto quanto as rodas pesadas.



Esse controle maior da aderência fica mais evidente na resposta que o carro passa a ter nas curvas, podendo ser personalizado de acordo com a necessidade, por exemplo:
Por se tratar de uma pickup cuja parte traseira tende a ser mais leve que a dianteira, o comportamento esperado é que ela perca a traseira nas curvas (oversteer), o que pode ser simulado abaixando o stiffness do sideways friction nas rodas traseiras.

Parabéns ai! vai ajudar bastante o pessoal!

Abraço!

Legal, apesar de que.. Não entendi nada, mas alguém deve ter entendido haha.

wowwww, que tutorial topezorrr, esse vai ajudar MUITA GENTE (tipo eu, heueheuehe)

Eu deveria fixar esse tópico. É topzera.

@Isabela, já pensou em criar um asset de veículos para concorrer comigo, com o edy, com o nwh e com o RCC? 

Pelas paradas que tu posta e pelo teu conhecimento, acho que você facilmente desbancaria o trono do RCC se empenhasse bastante tempo. 

Estou quase formado em Eng.Elétrica, e manjo pra k7 de microcontroladores, mas programação/Unity não é exatamente o ponto alto da minha experiência, e mesmo assim, cá estou, com um fórum e uma loja na Asset Store (vai entender).

Pra falar a verdade, a maioria do pessoal que ta na staff aqui do fórum manja mais de Unity do que eu, e poderia fazer Assets bem mais poderosos do que os meus (já convenci um deles a fazer assets, e ele já lançou 2, hehe).

Enfim, fica a dica ai, Asset Store eh top, da pra ganhar um bom money com o conhecimento que você tem.

Assim, eu até pensei em montar um sistema de veículos, só que o nicho era diferente do seu, era pra Drifting com elementos arcade, então não era lá essa coisa realista e tals... kkk
Eu combinei wheelCollider com rigidbody, (por incrível que pareça, ficou ótimo!), mas não era algo que pudesse ser distribuído como um produto, tinha que compreender o funcionamento da coisa como um todo e alterar muitos valores pra ter um resultado decente. E você bem sabe que o usuário só quer importar o pacote no projeto e rodar sem preocupações, então não é viável pra comercializar...
Na época eu estudava bastante sobre WC e se ouvisse algo assim de você com certeza teria tentando algo kkk mas hoje tô focada em aprender programação mais a fundo, tô curtindo bastante mexer com IA(behaviour trees e GOAP) e mais pra frente quero Redes neurais, então vou ficar um bom tempo amarrada nessa área. Sem projetos de assets por enquanto.

Isabela escreveu:Assim, eu até pensei em montar um sistema de veículos, só que o nicho era diferente do seu, era pra Drifting com elementos arcade, então não era lá essa coisa realista e tals... kkk
Eu combinei wheelCollider com rigidbody, (por incrível que pareça, ficou ótimo!), mas não era algo que pudesse ser distribuído como um produto, tinha que compreender o funcionamento da coisa como um todo e alterar muitos valores pra ter um resultado decente. E você bem sabe que o usuário só quer importar o pacote no projeto e rodar sem preocupações, então não é viável pra comercializar...
Na época eu estudava bastante sobre WC e se ouvisse algo assim de você com certeza teria tentando algo kkk mas hoje tô focada em aprender programação mais a fundo, tô curtindo bastante mexer com IA(behaviour trees e GOAP) e mais pra frente quero Redes neurais, então vou ficar um bom tempo amarrada nessa área. Sem projetos de assets por enquanto.

Entendo o seu ponto, heueheuehe. 

Bom, um cra que vende assets insistiu muito para eu colocar um 'projeto' meu na Store, só pra ver como é e talz, e eu sempre fui muito contra, pois já ganhava 2 reais mensais com o YouTube e talz, e estava bem de boa. Acontece que foi simplesmente a melhor coisa que eu poderia ter feito em todos esses meus anos de Unity Engine. Se não for fazer assets, de buenas, mas tens a minha opinião, que você provavelmente se daria muito bem na loja :D

Vou tentar com modelos 3D, só pra testar... vai que eu goste, né? kkk
 
Muito obrigada, Marcos!

Eu queria criar um carro RC(carro de controle remoto) para meu jogo, o problema é que ele carrinhos assim tem pouca massa assim conseguindo acelerar e frear rapidamente, além de fazer ótimas curvas mesmo em alta velocidade e tendo uma tração muito superior a de um carro real, o problema é justamente o que foi mencionado nesse tópico, com uma massa baixa ele não calcula direito. Tem alguma forma de contornar isso?

Leny015 escreveu:Eu queria criar um carro RC(carro de controle remoto) para meu jogo, o problema é que ele carrinhos assim tem pouca massa assim conseguindo acelerar e frear rapidamente, além de fazer ótimas curvas mesmo em alta velocidade e tendo uma tração muito superior a de um carro real, o problema é justamente o que foi mencionado nesse tópico, com uma massa baixa ele não calcula direito. Tem alguma forma de contornar isso?

A física da Unity não trabalha bem com objetos pequenos. A recomendação que te dou é usar um carro com escala igual ou um pouco menor que um carro real.
Pra ter a sensação que é um objeto pequeno, você precisa mexer em algumas coisas, a gravidade, o grip das rodas e a distância da câmera.
Na aba de Physics você muda a gravidade pra 3-5x a gravidade normal, isso vai dar a impressão de escala menor, mas vai causar alguns problemas com a estabilidade da física, pra contornar o problema, você aumenta o Default Solver Iterations, isso é meio pesado dependendo de quantos carros você vai ter, já que pra cada frame da FixedUpdate, você vai ter esses substeps extras pra calcular.

O grip das rodas é bem o que esse post diz, você mexe nas configurações da wheel collider pra simular a curva de aderência e altera o Stiffness pra deixar o carro mais preso ao solo, uma coisa que ajuda é mexer no Centro de Massa do Rigidbody, deixe ele um pouco atrás das rodas dianteiras e mais ou menos na altura de onde seria o eixo da roda (bem perto do chão), isso ajuda a evitar que o carro capote.
Essa configuração é bem comum e praticamente toda física da Asset Store tem essa opção.

A câmera precisa ficar mais longe que o normal, e se possível, mexa no FOV pra simular uma GoPro ou outra câmera com FOV alto.

Eu fiz um teste pra ver se isso funcionaria, essa foi a configuração da Física, os dois valores que interessam aí são a Gravidade e o Default Solver Iterations.
-30 e 30.


Depois configurei todas as wheel collider assim:


Com essa configuração o carro ficou assim (Não repara as barbeiragens):



Acredito que se eu colocasse uma espécie de downforce melhoraria a estabilidade, outra coisa também seria deixar a suspensão mais dura, pois claramente tá muito macia e por conta disso o carro vira em curvas se eu exagerar um pouco na velocidade.
Em minha defesa, tô usando teclado

#EDIT:
De fato, a suspensão mais rígida ajuda bastante, também refiz o modelo pra usar uma escala menor, deixei com 2 metros de comprimento por 1.6 de largura, mesmo com o dobro da gravidade ficou bem mais fácil de controlar e ainda gruda bem nas curvas