Blender & Godot 3D 教程 - 2026-06-20 - Godot 4 3D 物理零基础入门：RigidBody3D + CharacterBody3D + 碰撞体

系列第九篇。06-18 我们搭了"有光、有相机、能转"的 3D 场景——但那个场景里的方块是钉死的,WASD 走过去直接穿过去;跳一跳也跳不动。今天补上物理这一环:学会让方块掉下来、被推走、被撞飞,学会让玩家真的站在地上、真的撞到墙、真的能跳。30 分钟,从"看见场景"到"玩起来"。学完这篇,后面讲联机状态同步、做物理回滚才有地基。

0. 本篇目标 & 前置

学完你能做什么:

• 搞懂 Godot 4 里三种"会撞东西"的节点:StaticBody3D / RigidBody3D / CharacterBody3D 各自的分工
• 给任意节点挂 CollisionShape3D + 选对 Shape(盒子 / 球 / 胶囊)
• 用 30 行 GDScript 写出"WASD 走 + 空格跳 + 鼠标看"的角色控制器
• 让一堆方块掉在地上、被推、被撞飞,会自己翻滚落定
• 理解 collision_layer / collision_mask 这一对最容易把人绕晕的过滤开关
• 跑通一个完整可玩的 3D 小场景:玩家在平台上推箱子、跳上箱子、堆箱子

前置:

• Godot 4.6 已装能开
• 看完 06-18(知道 MeshInstance3D / Camera3D / WorldEnvironment 怎么摆)
• 知道 Node3D 是根节点(06-14),GDScript 能看懂 @onready / func / if(06-18 末尾)

1. 为什么"3D 物理"要单独拿一篇出来?

2D 时代,KinematicBody2D + move_and_slide() 一招鲜吃遍天。3D 时代 Godot 把"碰撞这件事"拆成了三个不同性格的节点——你选错一个,表现就完全不一样:

💡 为什么要拆三种? 这不是 Godot 故弄玄虚,是物理世界的一个根本矛盾:精确控制(玩家跳多高)vs 真实感(箱子掉下来会滚)用同一套逻辑写不出来。所以 Godot 把"被力学的物理引擎接管"和"我自己写位移"明确分开——你选 RigidBody3D 就别指望 100% 控制每一步;选 CharacterBody3D 就别指望它会自动被风刮跑。

2. CollisionShape3D:所有碰撞的"挂载点"

不管上面三种 Body 是谁,都必须挂一个 CollisionShape3D 子节点,才能在物理世界里"有体积"。光有 MeshInstance3D 看起来有形状,实际等于透明——角色会穿过去、子弹会穿过去。

步骤 1:新建一个 3D 场景,根节点 Main (Node3D),Ctrl+S 存为 main.tscn。

步骤 2:在 Main 下加 + → 搜 StaticBody3D → 添加。

步骤 3:在新建的 StaticBody3D 下加 + → 搜 CollisionShape3D → 添加。

步骤 4:选中 CollisionShape3D,看 Inspector,有个 Shape 属性是空的。点一下,弹窗选 New BoxShape3D(新建盒形碰撞)。你会看到右边"Shape"槽里出现一个 BoxShape3D 资源,默认尺寸 (2, 2, 2) 米。

步骤 5:展开 BoxShape3D 资源,把 Size 改成 (20, 1, 20)——这是地面用的,20×20 米大薄板。

💡 为什么 Shape 是资源,不能直接在节点上改? Godot 把"形状数据"(BoxShape3D / SphereShape3D / CapsuleShape3D / CylinderShape3D / ConvexPolygonShape3D / ConcavePolygonShape3D)做成可复用资源——一个 BoxShape3D 资源可以被 100 个 CollisionShape3D 引用。改一个,100 个全跟着变。初学阶段保持"一个节点一个独立 Shape"也行,够用。

CollisionShape3D 本身有个 Shape 属性 + 一个 Transform(碰撞的本地偏移和旋转)。你可以让"视觉网格"和"碰撞形状"完全错开——比如视觉上是一把长矛,碰撞用一个细长的胶囊。

步骤 6:把 StaticBody3D 重命名成 Ground,Position 改成 (0, 0, 0)。再给 Ground 加一个 + MeshInstance3D 子节点(放进去一个 BoxMesh,尺寸 (20, 1, 20),材质用 StandardMaterial3D 调个草绿色)。这样视觉上和物理上都有这个地面了。

💡 为什么 Mesh 和 CollisionShape 尺寸要一样? 这一步最容易翻车:视觉网格是 (20, 1, 20) 米,碰撞形状也是 (20, 1, 20) 米——它们必须对得上,否则"看上去踩到了"但"物理上还悬空"或者反过来。简单规则:视觉多大,碰撞多大,中心点对齐。 真要做"看起来不规则、碰撞用简化形状"(比如一棵复杂的树,碰撞只用一个胶囊),那才需要刻意错开——新手阶段先别玩这个。

跑一下场景(F5),你应该看到一块绿地,站在上面啥也不会发生(因为还没东西能掉)。

3. RigidBody3D:会掉、会滚、被推会飞的物理体

RigidBody3D 是这一篇的"主角"——所有你不直接控制、但要它在物理世界里有反应的东西,都用它:箱子、桶、苹果、子弹、爆破碎片、推塔的木块。

步骤 7:在 Main 下加 + → RigidBody3D → 重命名成 Box1。

步骤 8:在 Box1 下加 + → CollisionShape3D → Shape 选 New BoxShape3D,Size (1, 1, 1)(1 米见方的盒子)。

步骤 9:在 Box1 下再加 + → MeshInstance3D → Mesh 选 BoxMesh,Size (1, 1, 1),材质橙色。

步骤 10:把 Box1 的 Position 改成 (0, 3, 0)(3 米高,正好悬在地面上)。

步骤 11(关键):F5 跑一下,你会看到橙色方块从 3 米高掉到地上,可能还会晃两下。这就是 Godot 内置物理引擎在干活——它自动按重力把方块拉下来,落到地面自动停住,还给你算了一点旋转阻尼让它不会一直抖。

💡 为什么 RigidBody3D 不能用 _process() 改 position? 这是 Godot 新手第一大坑。你会本能地写 box.position = ...,然后发现方块瞬间穿地或者抽搐——因为物理引擎是独立线程、固定步长算的,你每帧 60 次的赋值它根本来不及响应,最后两套逻辑打起来,物体就疯了。

正确做法:

• 想"持续给个力":用 apply_central_force() / apply_impulse()
• 想"瞬移到某处但还要后续物理正常":用 linear_velocity / angular_velocity,或者先 freeze = true 移完再 freeze = false
• 想"让它死掉不再参与物理":用 freeze = true 或者 queue_free()
• 永远不要每帧直接 position = xxx

步骤 12:再复制 4 个 Box1(Ctrl+D 选中按 4 次,或者右键 Duplicate Node),把它们在 Y=2~8 之间错开摆成一摞。F5 跑一下,你会看到一摞方块自由落体堆到地上——这就是"刚体物理"最经典的样子。

4. CharacterBody3D:玩家角色,半托管

玩家"自己"是不能用 RigidBody3D 的——因为它会被一个斜坡绊住,会自己滚下去,会撞一下墙就乱跳。玩家需要的是"我说往哪走就往哪走,但撞墙自动停"——这就是 CharacterBody3D。

步骤 13:在 Main 下加 + → CharacterBody3D → 重命名成 Player。

步骤 14:在 Player 下加 + → CollisionShape3D → Shape 选 New CapsuleShape3D(胶囊形碰撞,标准人形身高 1.8 米),Radius 0.4,Height 1.8。

步骤 15:在 Player 下加 + → MeshInstance3D → Mesh 选 CapsuleMesh,Radius 0.4,Height 1.8,材质蓝色(做区分)。

步骤 16:把 Player 的 Position 改成 (0, 1, 5)(站在地面上、距离方块堆 5 米远)。

步骤 17:在 Player 下加 + → Camera3D(挂在 Player 下面,而不是 Main 下面——这样相机跟着角色走,做成"第三人称/第一人称跟随")。把 Camera3D 的 Position 改成 (0, 0.6, 0)(眼睛高度 0.6 米,刚好在胶囊头顶下一点,做第一人称)。

💡 为什么 Camera 挂在 Player 下面? 把 Camera 放在 Player 子节点,意味着"相机的世界坐标 = Player 的位置 + Camera 的本地偏移"。Player 移动,Camera 自动跟;Player 旋转,Camera 自动转。后面要做的"鼠标控制视角",其实就是旋转 Player 这个节点——Camera 是乘客。

步骤 18(核心代码):在 Player 上挂一个 GDScript,叫 player.gd:

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extends CharacterBody3D

# 角色控制器:WASD 移动 + 空格跳 + 鼠标看

@export var move_speed := 5.0      # 移动速度 米/秒
@export var jump_velocity := 4.5   # 跳跃初速度 米/秒
@export var mouse_sensitivity := 0.002  # 鼠标灵敏度 弧度/像素
@export var gravity := 9.8         # 重力加速度 米/秒²

@onready var camera: Camera3D = $Camera3D

func _ready() -> void:
    # 进游戏时锁鼠标到窗口中央,做 FPS 视角
    Input.mouse_mode = Input.MOUSE_MODE_CAPTURED

func _unhandled_input(event: InputEvent) -> void:
    # 鼠标移动 → 旋转角色 Y 轴 / 相机 X 轴
    if event is InputEventMouseMotion:
        rotate_y(-event.relative.x * mouse_sensitivity)
        camera.rotate_x(-event.relative.y * mouse_sensitivity)
        # 限制相机上下角度,别让人把脖子转到天上去
        camera.rotation.x = clamp(camera.rotation.x, -PI/2, PI/2)
    # 按 Esc 释放鼠标,方便你点编辑器
    if event.is_action_pressed("ui_cancel"):
        Input.mouse_mode = Input.MOUSE_MODE_VISIBLE

func _physics_process(delta: float) -> void:
    # --- 重力 ---
    if not is_on_floor():
        velocity.y -= gravity * delta

    # --- 跳跃 ---
    if Input.is_action_just_pressed("ui_accept") and is_on_floor():
        velocity.y = jump_velocity

    # --- WASD 移动(基于角色朝向,不是世界朝向) ---
    var input_vec := Input.get_vector("move_left", "move_right", "move_forward", "move_back")
    # transform.basis 是当前节点的"朝向", * input_vec 得到世界方向上的速度
    var direction := (transform.basis * Vector3(input_vec.x, 0, input_vec.y)).normalized()
    velocity.x = direction.x * move_speed
    velocity.z = direction.z * move_speed

    # --- 关键 API:move_and_slide() 处理"撞墙不穿过" ---
    move_and_slide()

💡 为什么用 _physics_process 不用 _process? 物理计算要"固定步长"——默认 60 次/秒(可在项目设置 Physics/Common/Physics Ticks Per Second 改)。_process 跟着帧率走,144Hz 显示器下你每秒算 144 次物理位移,会和别的 60Hz 客户端对不上(联机会出 bug)。所有和速度/位置相关的逻辑,必须放在 _physics_process 里。

步骤 19:Godot 内置的输入动作(ui_accept / ui_cancel / ui_left…)默认就映射了键盘和手柄。但 move_left/right/forward/back 没有——需要你自己加:

1. 顶部菜单 Project → Project Settings → Input Map
2. 右边 Add 按钮,Action Name 填 move_forward → + → 选 Key Event → 按 W → Save
3. 重复 3 次:move_back = S,move_left = A,move_right = D

💡 为什么不用 _input.is_action_pressed 也不直接 Input.is_key_pressed? 用 Input Map 的好处:一份代码,键盘 / 手柄 / 触屏 / 自定义按键全支持。以后玩家想"用手柄玩",你只要加一个 Joypad Button 事件到 move_forward 就行,代码不用动。

步骤 20:F5 跑一下,蓝色胶囊出生,鼠标被锁;WASD 走,Space 跳,鼠标转视角——你应该能推到那堆橙色箱子,看着它们滚出去;再 W 跳到箱子上,站在那摞箱子上面;按 Esc 释放鼠标。

🎉 这就是一个完整的 3D 角色控制器 + 物理物体交互。

5. Layer 与 Mask:碰撞过滤的"权限表"

现在场上只有玩家和箱子,你推一下能动——很爽。但你会立刻发现一个问题:玩家自己会撞自己、两个箱子之间也会互相算碰撞——这些正常;但你也会想:

• 想加一个"只对玩家触发,不被箱子挡“的收集物 → 怎么让"玩家层"和"收集物层”互相认得,又不被物理推动?
• 想做"队友不互撞“或”友军子弹穿自己人" → 联机时 100% 需要。

这就是 collision_layer 和 collision_mask 的用途。Godot 4 给每个 3D 物理体 32 个层级(0~31),用 32 位整数表示:

• collision_layer:我是谁(我属于哪几个层)
• collision_mask:我和谁(我关心哪几个层,其他的不算)

mask & layer != 0 时才会算碰撞。听起来抽象,直接用刚才的 4 个对象演示:

步骤 21:选中 Player,Inspector 找到 Collision → Layer,默认是 1(只在第 1 层)。把它改成 2(在第 2 层)。

步骤 22:选中 Box1,Layer 保持 1,Mask 改成 2(意思是"我(箱子)只关心第 2 层的对象(玩家),其他层我不理")。

步骤 23:F5 跑一下,你会发现:

• 箱子会互相堆(因为大家都默认在第 1 层,Mask=1 会和第 1 层互相算)
• 玩家推得动箱子(玩家在第 2 层,箱子的 Mask 包含第 2 层,认得)
• 但你走到箱子上,玩家会"穿过"箱子掉下去!

步骤 24:把玩家的 Mask 改成 1(或 1 + 2 = 3)。再跑,玩家又能站在箱子上了。

步骤 25:再加一个"收集物"试试:+ Area3D(注意:Area3D 不挡路,只触发事件)→ 给它一个球形 CollisionShape3D → 把它放在 Layer=4,玩家 Mask=4 → F5 走到它附近,可以看到 Inspector 的 Monitoring 监控状态在变(下一步教程我们会用 body_entered 信号触发"得分")。

Layer / Mask 速查表——把你现在的场景配成这样最舒服:

💡 为什么 Layer 用"位掩码"不用下拉选? Inspector 里 Layer 那个 0~31 的勾选框,点一下是位 0,再点一下是位 1… 实际是 32 位二进制。Layer = 1 | 2 = 3 表示"我在第 0 位 + 第 1 位"。想加第 3 位,就在代码里写 collision_layer = 1 | 2 | 4 = 7。习惯之后,你会觉得这比 Unity 的 Named Layer 灵活得多——不用去 Project Settings 命名 32 个层,直接按位用。

6. 三个最容易踩的坑(以及怎么修)

坑 1:玩家"卡墙里"或者"踩不到地上"

现象:你把 Player 的 Position 摆到了 (0, 0.5, 0),胶囊高度 1.8 米——结果胶囊的中心在 Y=0.5,顶部在 Y=1.4,底部在 Y=-0.4,直接插进了地面**。跑起来你会发现玩家疯狂抖、或者"被弹飞"。

修法:Position 表示节点的 origin,胶囊形的 origin 默认在中心,所以玩家站地上需要 Y = 胶囊高度 / 2 = 0.9。或者把胶囊的 origin 改到底部(Inspector 里 CollisionShape3D 的 Transform → 调整 Position.Y = -胶囊高度/2),然后 Player.Position 摆 (0, 0, 0) 就行。规则:Position 是胶囊中心,不是脚。

坑 2:RigidBody3D 跑着跑着"睡着"了 / 穿地

现象:你做了一个箱子静止在地上,过几秒它会突然往下穿 1 米,或者抖一下——这是 Godot 物理"睡眠"机制的副作用。RigidBody3D 在速度极小时会"睡眠"以省 CPU,被某个力唤醒时如果重力没重新计算就会掉一帧。

修法:1) 把 RigidBody3D 的 Sleeping 属性设到 false 关掉自动睡眠;2) 把 Linear/Angular Damp 调高一点(比如 0.5);3) 项目设置里 Physics/3D/Sleep Threshold Linear/Angular 调大一些,让物理"更晚才睡"。

坑 3:move_and_slide() 不工作 / 角色穿墙

现象:代码里写了 move_and_slide(),但角色直接穿过 RigidBody3D 飞过去。原因:move_and_slide() 只和 StaticBody3D、CharacterBody3D、TileMap 等"会做 kinematic 阻挡"的层算碰撞,不会自动推 RigidBody3D。

修法:推 RigidBody3D,得在 _physics_process 里手动检测 move_and_slide() 后,新位置是否"撞到了刚体"——Godot 提供了 get_slide_collision(idx) API。简化版本:

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for i in get_slide_collision_count():
    var c := get_slide_collision(i)
    if c.get_collider() is RigidBody3D:
        c.get_collider().apply_central_impulse(-c.get_normal() * 0.5)

或者更优雅:用 CharacterBody3D.pushable 节点(4.x 才有的实验属性),或者干脆把"箱子"换成 KinematicBody3D(Godot 4 没有了)……

实际工程建议:角色推箱子用 trigger / 区域事件——把箱子改成"碰到玩家就给它一个 -normal * 速度的冲量",比物理撞更可控。这块后面讲联机会再展开。

7. 一个完整可玩的 Demo:10 行修成 50 行

如果上面都跑通了,试试这个完整 5 元素的场景:

Main (Node3D)
├── WorldEnvironment (天空)
├── DirectionalLight3D (太阳)
├── Ground (StaticBody3D + BoxShape3D 20x1x20 + BoxMesh 草绿)
├── Stair01~05 (StaticBody3D 5 级台阶,做出一个斜坡可以跳上去)
├── Box1~10 (RigidBody3D, 颜色随机,堆在台阶顶上)
└── Player (CharacterBody3D + CapsuleShape3D + MeshInstance3D + Camera3D + Script)

跑起来:WASD 走 → 跳上台阶 → 冲进箱子堆 → 看着橙色蓝色紫色的方块漫天飞 → 找最高的那摞站上去看风景。

8. 收尾 & 后面会讲什么

到这里,你已经能做出一个能玩、能撞、能推的 3D 小场景了。但下面这些还没讲,我们后面一篇篇来:

• Area3D 触发器:做收集物、伤害区域、关卡出口(0 阻力 0 反弹,只发信号)
• RayCast3D:做"脚底下到底有没有地",是 CharacterBody3D 判断 is_on_floor 之外的第二保险
• Joints3D:做链条、摆锤、可破坏桥
• NavigationAgent3D:做敌人 AI 寻路
• 多层 Layer / Mask 在联机时的应用:预测 vs 权威——客户端用 layer=1 算"我自己的预测",服务端用 layer=2 算"真实世界"然后纠偏

下一篇我们讲 Godot 4 着色器零基础入门:ShaderMaterial + 空间着色器怎么写,做出水面、玻璃、火焰、卡通描边——零基础也能跟着做出"会动的水"。

9. 软件版本 & 数据来源

• 软件版本:Godot 4.6(2026-06 当前最新稳定版)
• 物理后端:Godot Physics 3D(默认,不是 Jolt;Jolt 在 4.4 后是实验性的)
• 数据来源时间:2026-06-20(Godot 官方文档 + 自测)

10. 延伸阅读

1. Godot 4 物理系统官方文档——这一篇的"理论源头",有完整的"ray cast / collision shape / physics layers"几节
2. Godot 4 CharacterBody3D 完整示例——官方给的"走 + 跳 + 斜坡"完整 60 行代码,我们这篇的 _physics_process 就是从这精简来的
3. Brackeys “Godot 4 Physics Tutorial” YouTube 系列(英文,30 分钟视频)——跟着做一遍比我们这篇更适合"看视频型"学习者
4. GDQuest “Physics Layers 教程”——Layer / Mask 那一节我参考了他们的位运算图示