Unityの物理は同じ操作で同じ結果になるか：5回の実測

5本目まで、当たり判定も移動も全部自分で計算していました。だからテストは簡単でした。同じ種を渡せば同じ結果が出ます。

6本目で初めて Unity の物理（Physics2D）を使いました。落ちて、ぶつかって、転がる。ここで最初に確かめたのは、遊びの面白さではなくこれです。

同じ操作をしたら、同じ結果になるのか。

ならないなら、リプレイも作れませんし、テストの書き方も変えなければいけません。

測り方：時間を自分で進める

実時間を待つと、60秒のプレイを5回で5分かかります。そこで物理の進め方を切り替えました。

Physics2D.simulationMode = SimulationMode2D.Script;
Physics2D.gravity = new Vector2(0f, -11f);

for (int f = 1; f <= 3000; f++)
{
  var obs = pieces.Observe(0.02f);   // 物理の結果を読む
  game.Tick(0.02f, input, obs);      // ルールを1ステップ進める
  Physics2D.Simulate(0.02f);         // 物理を1ステップ進める
}

入力も規則で決めます。「吊り下げがまん中に来たら離す」。種が同じなら形も揺れ方も同じなので、この規則だけで入力列も必ず同じになります。人の手を借りずに、同じプレイを何度でも作れます。

結果：記録は一致、フレームは1回おきにずれる

同じ種（4242）で5回続けて回しました。

きれいに2つの状態を行き来しています。奇数回どうし・偶数回どうしは、小数第7位までぴったり同じでした。

差は 0.000126 ユニット。このゲームの表示に直すと 0.00126 cm です。それでも「止まった」と判定されるフレームが1つずれ、次に手を離せるようになるタイミングまで動きました。

エディターとブラウザでも比べた

ここまでは全部エディター（Mono・x64）の話です。実際に遊ばれるのは Web ビルド（IL2CPP・wasm）なので、同じ手順をどちらでも動かせる入口をゲームに作りました。?probe=1 を付けて開くと、同じ種・同じ入力で3回回して結果をコンソールに出すだけのモードです。

環境が変わっても、記録は同じだった。

ずれたのは中間の操作フレーム（1フレーム）と、てっぺんの座標 0.000302 ユニット（0.003cm）です。同じエディターの中で回したときのずれ（0.000126）より大きいものの、桁は同じでした。

そこで、合格ラインをこう書いた

「同じ結果になること」を条件にすると、このテストは1回おきに落ちます。落ちるテストは、そのうち誰も見なくなります。

Assert.AreEqual(a.Placed, b.Placed, "置けた数は変わらない");
Assert.AreEqual(a.Misses, b.Misses, "落とした数は変わらない");
Assert.AreEqual(a.HeightCm, b.HeightCm, "記録（cm）は変わらない");
Assert.AreEqual(a.TopY, b.TopY, 0.01f, "山のてっぺんの差は 1cm 未満");

測った値（0.000126）より2桁広い 0.01 を許容にしました。これなら普段は落ちず、設計を壊すような変更をしたときには落ちます。

物理を「1か所」に閉じ込める

もうひとつ決めたのは、置き場所です。ルールの側は今までどおりエンジンから切り離し、物理の結果だけを外から受け取る形にしました。

public readonly struct Observation
{
  public readonly float TopY;         // 積み上がった山のてっぺん
  public readonly float ActiveX;      // いま落としている塊の位置
  public readonly float ActiveY;
  public readonly bool ActiveAsleep;  // その塊が止まったか
  public readonly bool AllAsleep;     // 山全体が止まったか
}

こうすると、段階の切り替え・スコア・ミスの判定は物理なしでテストできます。「こう観測された」を手で渡すだけです。実際、ルール側のテスト33件は 4.3 秒で終わり、シーンを1つも開きません。物理そのものは PlayMode の5件だけで見ます。

つまずいたところ

最初は原因が見えず、「物理が暴れている」と思い込んでいました。落とした位置と着地の位置を1行ずつ出して並べたら、どの塊も同じ場所から落ちていることが分かり、そこで気づきました。

この方法が向いているもの・向いていないもの

動くものをエンジン抜きでテストする話はUnityのゲームロジックをテストする方法に、テストとビルドを AI に回させる手順はAIにUnityのテストとビルドを実行させるに書きました。