UnityでY方向に力を加える方法

2025-01-22

質問内容

Unityにおいて、オブジェクトのY方向（上下方向）に力を加える方法を教えてください。特に以下の点について知りたいです：

基本的な力の適用方法
様々な力の適用モード（ForceMode）の違い
実践的な使用例（ジャンプ、浮力など）

回答

こんにちは！UnityでのY方向への力の適用方法について、実践的な観点から説明します。

1. 基本的な概念と構文

Unityでは主にRigidbodyコンポーネントを持つオブジェクトに対して力を加えることができます。Y方向（通常は上方向）への力の適用の基本的な方法は以下の通りです：

using UnityEngine;

public class ForceApplier : MonoBehaviour
{
    // インスペクターで設定できるパラメータ
    [SerializeField] private float forceAmount = 10f;

    // コンポーネント参照
    private Rigidbody rb;

    void Start()
    {
        // Rigidbodyコンポーネントの取得
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    void Update()
    {
        // 例：スペースキーを押したときにY方向に力を加える
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            ApplyYForce();
        }
    }

    void ApplyYForce()
    {
        // 方法1: 座標を直接指定
        rb.AddForce(0, forceAmount, 0);

        // 方法2: Vector3.upを使用
        // rb.AddForce(Vector3.up * forceAmount);
    }
}

2. 異なる力の適用モード（ForceMode）

Unityでは力を加える際の挙動を制御する4つのForceModeが用意されています：

// 継続的な力を加える (F = ma) - デフォルト
rb.AddForce(Vector3.up * forceAmount, ForceMode.Force);

// 瞬間的な力（インパルス）を加える
rb.AddForce(Vector3.up * forceAmount, ForceMode.Impulse);

// 質量を無視して加速度として適用
rb.AddForce(Vector3.up * forceAmount, ForceMode.Acceleration);

// 質量を無視して速度変化として適用
rb.AddForce(Vector3.up * forceAmount, ForceMode.VelocityChange);

各モードの特徴と使い分け：

ForceMode.Force

説明: 継続的な力を加えます。質量の影響を受けるため、重いオブジェクトほど加速は緩やかになります。
適した使用場面: エンジンの推進力、風の影響、水流など、時間をかけて徐々に影響する力に最適です。

ForceMode.Impulse

説明: 瞬間的な力（衝撃）を加えます。質量の影響を受けますが、一度に大きな力を適用します。
適した使用場面: ジャンプ、爆発による吹き飛ばし、衝突反発など、瞬間的な力が必要な場面に適しています。

ForceMode.Acceleration

説明: 質量に関係なく一定の加速度として力を適用します。すべてのオブジェクトが同じように加速します。
適した使用場面: 重力のような環境効果、一定の加速が必要な場面、質量に関わらず同じ挙動が求められる場合に使用します。

ForceMode.VelocityChange

説明: 質量に関係なく速度の変化として直接適用します。即座に速度を変更できます。
適した使用場面: テレポート効果、瞬間移動、速度の即時リセットなど、物理法則よりも直接的な制御が必要な場合に使用します。

3. 実践的な使用例

3.1 ジャンプ機能の実装

using UnityEngine;

public class CharacterJump : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private float jumpForce = 5f;
    [SerializeField] private Transform groundCheck;
    [SerializeField] private float groundCheckRadius = 0.2f;
    [SerializeField] private LayerMask groundLayer;

    private Rigidbody rb;
    private bool isGrounded;

    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    void Update()
    {
        // 地面との接触を判定
        isGrounded = Physics.CheckSphere(groundCheck.position, groundCheckRadius, groundLayer);

        // ジャンプ入力
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space) && isGrounded)
        {
            Jump();
        }
    }

    void Jump()
    {
        // ジャンプにはImpulseモードが適している
        rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
    }
}

3.2 浮力の実装

using UnityEngine;

public class BuoyancyEffect : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private float volume = 1.0f;
    [SerializeField] private float waterDensity = 1.0f;
    [SerializeField] private Transform waterSurfaceCheck;

    private Rigidbody rb;
    private bool isUnderwater;

    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    void FixedUpdate()
    {
        // 水中判定
        isUnderwater = waterSurfaceCheck.position.y < 0; // 0を水面の高さに置き換え

        if (isUnderwater)
        {
            // アルキメデスの原理に基づく浮力
            float buoyancyForce = volume * waterDensity * Physics.gravity.magnitude;
            rb.AddForce(Vector3.up * buoyancyForce);
        }
    }
}

3.3 風力や揚力の実装

using UnityEngine;

public class WindLiftEffect : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private float windStrength = 2.0f;
    [SerializeField] private float maxWindEffect = 10.0f;
    [SerializeField] private AnimationCurve windCurve;

    private Rigidbody rb;
    private float currentWindTime = 0f;

    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    void FixedUpdate()
    {
        // 時間経過に基づく風の強さの変化
        currentWindTime += Time.fixedDeltaTime;
        float windEffect = windCurve.Evaluate(Mathf.PingPong(currentWindTime, 1.0f)) * maxWindEffect;

        // Y方向に風力を適用
        rb.AddForce(Vector3.up * windStrength * windEffect);
    }
}

4. 直接速度を変更する方法

AddForceの代わりに、直接速度を設定することもできます：

void SetYVelocity(float yVelocity)
{
    // 現在のX, Z速度を維持しつつ、Y速度のみを変更
    rb.velocity = new Vector3(rb.velocity.x, yVelocity, rb.velocity.z);
}

これは即時的な速度変更が必要な場合（例：二段ジャンプ、速度のリセットなど）に有効です。

実装時の注意点

FixedUpdateの使用: 物理計算に関わる処理はUpdateではなくFixedUpdate内に実装するのが適切です
過剰な力の防止: 力を毎フレーム加え続けると予想以上に加速する場合があるので注意
物理演算の安定性: 極端に大きな力を一度に加えると挙動が不安定になることがあります
最適な力の値: 適切な力の大きさはオブジェクトの質量に左右されるため、調整が必要です
衝突判定の正確性: 特にジャンプ機能では、地面との接触判定の精度が重要です

参考資料とリンク

更新履歴

2025-03-04: 初版作成
[次回更新予定] 2Dゲームでの力の適用方法（Rigidbody2D）について追加予定

この回答は、Unity 2022.3 LTS を基準に作成されています。新しいバージョンでは仕様が変更されている可能性があるため、適宜公式ドキュメントを参照してください。

Unity物理演算Rigidbody力学ゲーム開発AddForce