Física Relacionada
A força que atua no projétil no momento que ele é lançado (e, consequentemente, a velocidade com que ele se move na parábola) é um vetor dado por dois componentes (em termos de um jogo bidimensional, claro): um componente no eixo X (a força ou velocidade na horizontal) e um componente no eixo Y (a força ou velocidade na vertical):

Assumindo que não há resistência do vento e que o projétil não tem propulsão (isto é, não é um míssil que acelera ou desacelera por conta própria), a velocidade na horizontal (resultante de uma força inicialmente aplicada) é constante. Isto é, ela não muda até o projétil parar por ter se chocado com algo. Assim, o deslocamento horizontal é regido pelo Movimento Uniforme (MU), e dado por:

(equação 1: ou seja, espaço final = espaço inicial + velocidade x tempo)
Assumindo o mesmo para o projétil em termos da movimentação vertical (sem atrito, propulsão, etc), a velocidade vertical não permanece constante porque sobre ela atua a todo o momento a aceleração da gravidade (
). Assim, o deslocamento vertical é regido pelo Movimento Uniformemente Variado (MUV), e dado por:

(equação 2: ou seja, espaço final = espaço inicial + velocidade x tempo + aceleração x tempo ao quadrado)
Na verdade, como o movimento inclui uma aceleração, a velocidade se altera constantemente. E por isso, ela é dada por:

(equação 3: velocidade final = velocidade inicial + aceleração x tempo)
Além disso, quando uma força é aplicada em um projétil, a velocidade com que ele vai se movimentar depende da massa do projétil. Quanto mais pesado o projétil for, maior precisa ser a força inicial nele aplicada para que ele se mova com a mesma velocidade. Essa relação é dada pela fórmula:

(equação 4: ou seja, força = massa x aceleração)
Por isso, a simulação de física pode ser realizada utilizando-se essas fórmulas para calcular, a cada instante do tempo, a posição (tanto no eixo X como no eixo Y) em que o projétil deve estar.
O que você deseja
O que você deseja fazer, então, é calcular o vetor de força necessário para o primeiro impulso no projétil, dadas as posições inicial (de onde o projétil sai, ou seja,
) e final (o alvo do projétil, ou seja,
). Isso pode ser estimado com o seguinte pseudo-código:
velocidadeX = forca / massa
tempo = (alvo.x - x) / velocidadeX
velocidadeY = gravidade * (tempo / 2);
A primeira linha usa a equação 4 para calcular uma velocidade no eixo X a partir de uma força qualquer (que vc pode chutar ou pedir pro jogador informar). Como o movimento horizontal é constante, não importa o valor escolhido! A sacada é justamente calcular a partir dela a velocidade no eixo Y correta para que o alvo seja atingido.
Deve ser fácil perceber que quanto menor a velocidade horizontal (isto é, quanto mais devagar o objeto se move "pra frente"), mais tempo ele vai levar pra chegar no alvo. Assim, o projétil precisa também subir mais para que não caia no meio do caminho. Dessa forma, a segunda linha estima o tempo que ele vai levar pra percorrer o eixo horizontal, usando a equação 1.
Finalmente, a velocidade vertical pode ser estimada com a equação 3 de uma forma simples. No movimento de parábola, o projétil vai primeiro subir para então descer, tudo isso no mesmo tempo que o projétil leva para se deslocar horizontalmente. Na subida, ele desacelera, de forma que ao chegar no ponto mais alto a sua velocidade é 0. Logo, na segunda metade do movimento, sua velocidade inicial é 0 (ou seja,
) e ele começa a acelerar na queda. Logo, na fórmula, sua velocidade inicial é 0 e o tempo percorrido é a metade do tempo total previamente calculado. A aceleração é a da gravidade (a única atuando sobre o projétil), e está sem o sinal negativo porque na manipulação algébrica da equação 3 ela "passou pro outro lado da igualdade".
Bom, esses são justamente os componentes X e Y do vetor da velocidade inicial que o projétil precisa ter. Você pode calcular o ângulo do vetor em relação ao eixo X, se desejar, usando o código:
angulo = Arco-Tangente(velocidadeY, velocidadeX)
Note como eu disse anteriormente (e enfatizei em negrito) que esse código estima o vetor de velocidade inicial para o projétil. Por que ele estima? Bom, considere um cenário em que a velocidade X é beeemmm baixa (próxima de 0). Nesse caso, o projétil vai demorar muuiiitoo pra percorrer o espaço horizontal, e assim ele precisa ser atirado quase que pra cima (quase que totalmente na vertical), de forma que vai cair sobre o alvo também quase que totalmente na vertical. Nesse cenário, o cálculo acerta muito bem.
O problema é num cenário em que a velocidade X é beeemm alta. Nesse caso, o projétil vai percorrer o espaço horizontal muito rapidamente, de forma que precisa ser lançado quase que paralelamente ao solo pra acertar o alvo. Esse cálculo simples, então, falha ao desconsiderar o ângulo de inclinação com que o projétil chega no alvo (dessa vez não vai ser mais quase que totalmente na vertical).
Dá pra se pensar em uma solução razoalmente eficaz que "ajusta" o tempo e a velocidade Y reconsiderando o alvo a partir da diferença no espaço horizontal (X) dada pelo ângulo de impacto previamente calculado. Por exemplo, você pode simplesmente executar novamente as seguintes linhas:
tempo = (alvo.x - Seno((90 - angulo)) - x) / velocidadeX
velocidadeY = gravidade * (tempo / 2);
Na linha 2, se observa-se um trecho - Seno((90 - angulo))
. Essa parte simplesmente desconta da posição do alvo o deslocamento dado pelo ângulo (o cateto oposto, ou seja, o seno) de diferença de entrada (90 seria se caisse totalmente na vertical, logo desconta o ângulo de entrada pra se ter o ângulo da diferença).
Observação 1: Com essa solução, esse processo precisaria ser
idealmente repetido mais vezes de forma iterativa, até que o erro fosse totalmente minimizado (que convergisse). Mas no código que eu
produzi eu só fiz uma vez porque foi suficiente para ilustração
(acerta quase sempre o alvo, quando nele travado). Mas vc ainda vai
observar, pelo tracejado, que há alguma pequena variação de onde o
alvo real se encontra no eixo X.
Observação 2: Eu não sou físico, então admito que não sei se há uma
forma melhor de fazer esse cálculo sem precisar ajustar o ângulo
iterativamente. Se alguém tiver uma solução melhor, é bem vindo para
compartilhar (pode até mesmo alterar no mesmo código sem problemas!).
:)
Exemplo na Unity3D
O código fonte que eu compartilho a seguir foi construído com base em algumas fontes (mencionadas no final dessa postagem). A movimentação do projétil está a cargo da física da Unity3D. Eu só adicionei um Rigidybody2D
como você faria normalmente. O cálculo do tracejado usa as mesmas fórmulas mencionadas, mas em sua variação com funções trigonométricas (vide as referências também para detalhes). Só há colisores nos projéteis (balas de canhão) e no alvo. A explosão ao "bater" contra o chão utiliza uma mera verificação de altura (por mera comodidade, e para evitar mais facilmente que balas lançadas muito alto possam eventualmente "errar" um colisor e produzir vazamentos e memória).

O código pode ser executado online em WebGL (tenha paciência; demora um pouquinho pra carregar) ou baixado em um arquivo zip daqui.
Código
Classe de controle do canhão:
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine.EventSystems;
// Classe para controle do canhao
public class CannonControl : MonoBehaviour
{
// Prefab do ponto de trajetoria (a ser definido via editor)
[SerializeField]
private GameObject m_dotPrefab;
// Prefab do projetil (a ser definido via editor)
[SerializeField]
private GameObject m_bulletPrefab;
// Objeto do alvo (a ser definido via editor)
[SerializeField]
private GameObject m_targetObject;
// Indicativo se a trajetoria deve ser sempre exibida (se true) ou somente
// quando o botao do mouse estiver pressionado (se false)
private bool m_alwaysShowTrajectory = false;
// Propriedade para permitir alteraçao via checkbox na interface grafica
public bool alwaysShowTrajectory
{
get
{
return m_alwaysShowTrajectory;
}
set
{
m_alwaysShowTrajectory = value;
if(!m_alwaysShowTrajectory)
hideTrajectoryPoints();
}
}
// Indicativo se a mira deve ser fixada no alvo
private bool m_fixedInTarget = false;
// Propriedade para permitir alteraçao via checkbox na interface grafica
public bool fixedInTarget
{
get
{
return m_fixedInTarget;
}
set
{
m_fixedInTarget = value;
}
}
// Indicaçao de que o mouse esta pressionado
private bool m_mousePressed = false;
// Transform com a posiçao da boca do canhao
private Transform m_cannonMouth;
// Lista com os pontos de trajetoria utilizados
private List<GameObject> m_trajectoryPoints;
// Angulo atual do canhao
private float m_angle;
// Transform com o limite vertical para os tracos da trajetoria
// (obtained by its name)
private Transform m_verticalLimit;
// Vetor de força com a qual o tiro sera executado.
private Vector2 m_force;
// Inicilizaçao do script
void Start()
{
GameObject obj = GameObject.Find("limit");
if(!obj)
throw new UnityException("A instancia do objeto empty chamado 'limit' nao foi encontrada!");
m_verticalLimit = obj.transform;
// Procura pelo objeto filho que marca a boca do canhao
m_cannonMouth = transform.Find("mouth");
if(!m_cannonMouth)
throw new UnityException("A instancia do objeto empty chamado 'mouth' nao foi encontrada!");
// Cria inicialmente 30 pontos de trajetoria (a lista e ajustada dinamicamente
// conforme a necessidade)
m_trajectoryPoints = new List<GameObject>();
for(int i = 0; i < 30; i++)
{
GameObject dot = (GameObject) Instantiate(m_dotPrefab);
dot.GetComponent<Renderer>().enabled = false;
m_trajectoryPoints.Add(dot);
}
}
// Atualizaçao quadro-a-quadro
void Update()
{
// A força de lançamento do projetil e igual ao vetor de distancia do
// canhao ao ponteiro do mouse.
Vector3 mousePos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
Vector2 dirMouse = mousePos - transform.position;
m_force = dirMouse;
// Desenha uma linha amarela no scene viewer do editor para indicar
// visualmente o vetor de força
Debug.DrawLine(transform.position, mousePos, Color.yellow);
// Se a mira nao esta fixada no alvo, o jogador que controla o tiro
// (definindo a direçao e a força do tiro com o mouse)
if(!m_fixedInTarget)
{
// Posiciona o canhao apontando para o mouse
m_angle = (Mathf.Atan2(m_force.y, m_force.x) * Mathf.Rad2Deg) - 15;
}
// Caso contrario, o jogador so define a força no eixo X com base no mouse
// (o resto e calculado de forma a garantir que acerte o alvo)
else
{
// Equipara a "altura" do alvo a do canhao
Vector2 target = m_targetObject.transform.position;
//target.y = transform.position.y;
// Calcula os componentes de velocidade x e y
float mass = m_bulletPrefab.GetComponent<Rigidbody2D>().mass;
float gravity = Physics.gravity.magnitude;
float velX = m_force.magnitude / mass;
float time = (target.x - transform.position.x) / velX;
float velY = gravity * (time / 2);
// Calcula o angulo de lançamento
m_angle = (Mathf.Atan2(velY, velX) * Mathf.Rad2Deg) - 15;
// Ajusta conforme o angulo em que o tiro "deve" atingir o alvo
time = (target.x - Mathf.Sin((90 - m_angle) * Mathf.Deg2Rad) - transform.position.x) / velX;
velY = gravity * (time / 2);
// Calcula a velocidade e forma finais
Vector2 velocity = new Vector2(velX, velY);
m_force = velocity * mass;
}
// Rotaciona o canhao para o angulo calculado
transform.rotation = Quaternion.Euler(0f, 0f, m_angle);
if(m_alwaysShowTrajectory || m_mousePressed)
showTrajectoryPoints();
// Captura o pressionamento/liberaçao do botao do mouse
// (somente se nao estiver sobre o checkbox da UI)
if(!EventSystem.current.IsPointerOverGameObject())
{
if(Input.GetMouseButtonDown(0))
m_mousePressed = true;
if(Input.GetMouseButtonUp(0))
{
m_mousePressed = false;
hideTrajectoryPoints();
shootBullet();
}
}
}
// Simula o tiro do canhao
void shootBullet()
{
// Cria o projetil e o posiciona na boca do canhao
GameObject bullet = (GameObject) Instantiate(m_bulletPrefab);
bullet.transform.position = m_cannonMouth.position;
// Aplica a força a bala
Rigidbody2D body = bullet.GetComponent<Rigidbody2D>();
body.AddForce(m_force, ForceMode2D.Impulse);
// Toca o som do tiro
AudioSource sound = GetComponent<AudioSource>();
sound.Play();
}
// Exibe os pontos de trajetoria para a força atual.
// O angulo do tiro esta embutido no vetor de força.
void showTrajectoryPoints()
{
float mass = m_bulletPrefab.GetComponent<Rigidbody2D>().mass;
Vector2 velocity = m_force / mass;
float angle = Mathf.Rad2Deg * (Mathf.Atan2(velocity.y , velocity.x));
// Esse valor e uma estimativa de quanto de tempo passa a cada "quadro"
// Na pratica, ele serve pra ajustar a distancia entre os pontos no traçado
// Quanto mais proximo de zero (so nao pode ser zero mesmo!), mais parecido
// com uma linha o traçado se torna
float step = 0.03f;
float time = 0;
Vector2 currentPos = m_cannonMouth.position;
for(int i = 0; i < m_trajectoryPoints.Count; i++)
{
GameObject dot = m_trajectoryPoints[i];
dot.transform.position = currentPos;
if(currentPos.y >= m_verticalLimit.position.y)
dot.GetComponent<Renderer>().enabled = true;
else
dot.GetComponent<Renderer>().enabled = false;
float dx = velocity.magnitude * time * Mathf.Cos(angle * Mathf.Deg2Rad);
float dy = velocity.magnitude * time * Mathf.Sin(angle * Mathf.Deg2Rad) - (Physics2D.gravity.magnitude * time * time / 2.0f);
currentPos = new Vector3(m_cannonMouth.position.x + dx , m_cannonMouth.position.y + dy ,2);
time += step;
// Ajuste dinamico dos pontos necessarios para traçar a trajetoria.
// Basicamente: se faltam pontos para alcançar o limite vertical,
// adiciona mais 10 deles na lista.
if(i == m_trajectoryPoints.Count - 1 && currentPos.y > m_verticalLimit.position.y)
{
for(int j = 0; j < 10; j++)
{
dot = (GameObject) Instantiate(m_dotPrefab);
dot.GetComponent<Renderer>().enabled = true;
m_trajectoryPoints.Add(dot);
}
}
}
}
// Esconde os pontos de trajetoria
void hideTrajectoryPoints()
{
foreach(GameObject dot in m_trajectoryPoints)
dot.GetComponent<Renderer>().enabled = false;
}
}
Classe de controle dos projéteis:
using UnityEngine;
using System.Collections;
using UnityEngine.UI;
// Classe para controle do projetil (bala de canhao)
// A fisica do projetil fica a cargo da Unity, pelo uso
// do componente Rigidbody 2D.
public class BulletControl : MonoBehaviour
{
// Transform com o limite vertical para os projeteis
// (obtained by its name)
private Transform m_verticalLimit;
// Inicializaçao do script
void Start()
{
GameObject obj = GameObject.Find("limit");
if(!obj)
throw new UnityException("A instancia do objeto empty chamado 'limit' nao foi encontrada!");
m_verticalLimit = obj.transform;
}
// Atualizaçao quadro-a-quadro
void Update()
{
// Checa se o projetil atingiu o "chao" (dado pelo posiçao vertical do
// objeto vazio chamado 'limit'). Se atingiu, destroi o projetil.
if(transform.position.y <= m_verticalLimit.position.y)
{
explode();
}
}
// Captura a colisao com o alvo (via um trigger)
void OnTriggerEnter2D(Collider2D other)
{
Text score = GameObject.Find ("/Canvas/score").GetComponent<Text>();
score.text = (int.Parse(score.text) + 1).ToString();
explode();
}
// Captura a colisao com outra bala (via um collider)
void OnCollisionEnter2D(Collision2D other)
{
explode();
}
// Anima a explosao
void explode()
{
// Toca a animaçao da exploçao (particulas de fogo)
ParticleSystem explosion = GetComponent<ParticleSystem>();
explosion.Play();
// Toca o som da explosao
AudioSource sound = GetComponent<AudioSource>();
sound.Play();
// Esconde a bala
GetComponent<Renderer>().enabled = false;
// Destroy o objeto apos o fim da animaçao
Destroy(gameObject, explosion.duration);
// Destroy (e para) esse script imediatamente
// (para que o som e as particulas nao encavalem)
Destroy(this);
}
}
Sites de Referência
Créditos