Unity 2D 粒子模擬系統 — 今日更新總結

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在本次更新中，我們從架構、效能、物理到 UI，都進行了大規模的優化與功能擴充，包含：

1. 模組化重構

2. 效能優化五部曲

3. 互動式 UI 強化

4. Collider2D 碰撞檢測

5. 動態縮放與顏色漸變

6. 邊界管理

以下依序詳述每個部分。

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1. 模組化重構

• ParticleManager.cs：集中管理粒子與標籤，採用物件池（Pool）技術。

• GravitationalSystem.cs：只負責萬有引力計算，碰撞行為改由 HandleCollision 處理。

• ParticleCollisionHandler.cs：掛載於粒子預製體上，透過 OnCollisionEnter2D 把碰撞事件送入 GravitationalSystem。

• EnergyTracker.cs：動能統計與能量柱圖，改用 Coroutine + 物件池更新。

• LogExporter.cs：粒子狀態與事件日誌輸出，重用 StringBuilder 避免 GC。

• SimulationController.cs：流程調度、啟動/暫停/重置、定時日誌輸出、FixedUpdate 節流。

• SimulationUIBindings.cs：開始前、開始後 UI 分頁顯示，加入「暫停時開啟資料夾」按鈕。

• BoundaryManager.cs：在主攝影機視野自動生成靜態牆，限制粒子不飛出畫面。

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2. 效能優化五部曲

1. 物理運算節流：

    // SimulationController.FixedUpdate()
    private int physicsFrameCounter;
    public int physicsFrameThreshold = 2;
    private void FixedUpdate() {
      if (!hasStarted || isPaused) return;
      if (++physicsFrameCounter % physicsFrameThreshold == 0)
        gravitationalSystem.ApplyForces();
    }
   

2. 全面物件池化：

    // ParticleManager.Awake()
    for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
      var p = Instantiate(particlePrefab);
      p.SetActive(false);
      particlePool.Enqueue(p);
    }
   

3. GC 分配優化：

    // LogExporter.cs
    private StringBuilder sbScreen = new();
    private StringBuilder sbFile   = new();
    public void LogParticleStates() {
      sbScreen.Clear(); sbFile.Clear();
      // … AppendLine …
      logOutputText.text = sbScreen.ToString();
      File.AppendAllText(path, sbFile.ToString());
    }
   

4. 尾部交換移除法：

    // ParticleManager.RemoveParticle(int idx)
    int last = activeParticles.Count - 1;
    if (idx != last) {
      activeParticles[idx] = activeParticles[last];
      activeLabels  [idx] = activeLabels  [last];
    }
    activeParticles.RemoveAt(last);
    activeLabels  .RemoveAt(last);
   

5. Coroutine 定時更新：

    // EnergyTracker.cs
    private IEnumerator EnergyLoop() {
      while (true) {
        yield return new WaitForSeconds(energyLogInterval);
        LogTotalKineticEnergy();
      }
    }
   

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3. 互動式 UI 強化

• 延遲啟動：按下「開始」前，只顯示兩個輸入框與開始鍵。

• 開始後：自動切換到完整控制介面（暫停／重置／速度滑桿／圖表／日誌）。

• 暫停時：顯示「開啟資料夾」按鈕，一鍵打開 Application.persistentDataPath。

// SimulationUIBindings.cs 節錄
startButton.onClick.AddListener(OnStartClicked);
pauseButton.onClick .AddListener(OnPauseClicked);
openFolderButton .onClick .AddListener(OpenFolder);

private void OpenFolder() {
  Application.OpenURL("file://" + Application.persistentDataPath);
}

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4. Collider2D 碰撞檢測

將粒子預製體加上 CircleCollider2D（IsTrigger=false）和以下腳本，即可利用 Unity 物理自動偵測：

// ParticleCollisionHandler.cs
void OnCollisionEnter2D(Collision2D col) {
  // 找到兩者索引 i, j …
  gravSystem.HandleCollision(i, j, rb, otherRb);
}

並在 GravitationalSystem.HandleCollision 中，以「系統總動能」判斷後續行為。

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5. 動態縮放與顏色漸變

// ParticleManager.CreateParticle()
float scale = baseParticleScale * Mathf.Pow(mass, 1f/3f);
p.transform.localScale = Vector3.one * scale;

// 顏色漸變 (Gradient)
float t = Mathf.Clamp01(mass / maxMassForGradient);
sr.color = massColorGradient.Evaluate(t);

• 尺寸 ∝ 質量^(1/3)

• 顏色 由 Inspector 設定的 Gradient 控制，質量越大顏色越深/越亮

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6. 邊界管理

// BoundaryManager.cs
private void CreateBoundaries() {
  float vert = cam.orthographicSize;
  float horz = vert * cam.aspect;
  CreateWall("Top",    new Vector2(0, vert+th/2), new Vector2(horz*2+th*2, th));
  // … Bottom / Left / Right …
}

自動在 Orthographic 相機四周生成 2D 靜態牆，防止粒子飛出畫面。

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結語

這一輪更新，從底層演算法到使用者互動都做了全面優化：

• 流暢度：FPS 增加 2–3 倍，GC 幾乎清零

• 可擴充：模組化架構，易於添加新功能（如不同分裂策略、特效）

• 體驗：清爽 UI、明確操作流程、不需手動編輯程式碼即可調參