講解的 Unity 中幾種不同的坐標(biāo)系與其之間的轉(zhuǎn)換，以及匯總物體的移動和旋轉(zhuǎn)方法

本文原地址：Unity學(xué)習(xí)—坐標(biāo)系與空間變換

坐標(biāo)系

坐標(biāo)系種類

Unity 中使用到的坐標(biāo)系分為以下四種

1. 世界坐標(biāo)系 Word Space

   • 即世界空間使用的坐標(biāo)系，基本單位 unit，x 正方向：左向右， y 正方向：下向上，z 正方向：屏外向屏內(nèi)，

   • 任何物體使用 Transform.position 即可獲得世界坐標(biāo)值

   • 場景中根物體使用的就是世界坐標(biāo)，可在 Inspector 查看世界坐標(biāo)值

   • 對于非根物體則以父物體位置為原點(diǎn)位置使用本地坐標(biāo)系 Local Space，即相對父物體位置，該物體 Inspector 數(shù)值為本地坐標(biāo)值，可使用 Transform.localposition 獲取本地坐標(biāo)值

2. 屏幕坐標(biāo)系 Screen Space

   • 基本單位像素，屏幕左下角為（0，0），右上角為（Screen.width，Screen.height），即實(shí)際運(yùn)行屏幕下的游戲窗口像素值，z 為相機(jī)世界坐標(biāo)單位值
   • Input.mousePosition 獲取的鼠標(biāo)坐標(biāo)，Input.GetTouch(0).position 獲取觸摸坐標(biāo)

3. 視口坐標(biāo)系 Viewport Space

   • 左下角為（0，0），右上角為（1，1），z 為相機(jī)世界坐標(biāo)單位值
   • 適合用于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

4. UGUI 坐標(biāo)系 UGUI Space

   • 基本單位像素，屏幕左上角為（0，0），右下角為（Screen.width，Screen.height）

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

// 本地→世界    
transform.TransformPoint(position);
// 世界→本地  
transform.InverseTransformPoint(position);
// 世界→屏幕  
camera.WorldToScreenPoint(position);  
// 世界→視口  
Camera.main.WorldToViewportPoint(position)
// 屏幕→視口  
camera.ScreenToViewportPoint(position);
// 視口→屏幕  
camera.ViewportToScreenPoint(position);
// 視口→世界  
camera.ViewportToWorldPoint(position);

空間變換

坐標(biāo)系選擇

世界坐標(biāo)系 Space.World 與自身坐標(biāo)系 Space.Self

Vector3.forward、Vector3.back、Vector3.left、Vector3.right、Vector3.up、Vector3.down 數(shù)值固定

transform.forward、 transform.right、transform.up 數(shù)值不定，依據(jù)物體自身旋轉(zhuǎn)變化，如 transform.forward 為物體 z 軸在世界坐標(biāo)系中所指方向

非剛體變換

非剛體物體在移動或旋轉(zhuǎn)時(shí)不檢測碰撞

非剛體移動

1. Transform.positon 世界位置坐標(biāo)

2. Transform.localPostion 本地位置坐標(biāo)

3. Transform.Translate(Vector3 translation, Space relativeTo = Space.Self)

4. Transform.Translate(float x, float y, float z, Space relativeTo = Space.Self)

5. Transform.Translate(Vector3 translation, Transform relativeTo)

6. Transform.Translate(float x, float y, float z, Transform relativeTo);

   void Update()
   {
        // 以每秒1個(gè)單位速度延世界坐標(biāo)系y軸正方向移動
        transform.Translate(Vector3.up * Time.deltaTime, Space.World);
        // 以每秒1個(gè)單位速度延主相機(jī)本地坐標(biāo)系x軸正方向移動
        transform.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, Camera.main.transform);
   }
   

7. Vector3.MoveTowards(Vector3 current, Vector3 target, float maxDistanceDelta)

   以一定速度向目標(biāo)移動直至到達(dá)目標(biāo)位置，對比插值法可限制最大速度

   // maxDistanceDelta 最大移動距離
   void Update()
   {
        // 當(dāng)前幀移動距離
        float step =  speed * Time.deltaTime; 
        // 由當(dāng)前位置向目標(biāo)位置移動距離 step 得出新位置，超過終點(diǎn)則返回終點(diǎn)值  
        transform.position = Vector3.MoveTowards(transform.position, target.position, step);
   }
   

8. Vector3.SmoothDamp(Vector3 current, Vector3 target, ref Vector3 currentVelocity, float smoothTime, float maxSpeed = Mathf.Infinity, float deltaTime = Time.deltaTime)

   實(shí)現(xiàn)平滑阻尼移動，可控制速度，一般用于攝像機(jī)跟隨

   // 通過使用自身修改的速度指針計(jì)算當(dāng)前位置
   private Vector3 velocity = Vector3.zero;
   void Update()
   {
        // 定義目標(biāo)物體的后上方為目標(biāo)位置
        Vector3 targetPosition = target.TransformPoint(new Vector3(0, 5, -10));
        // 以每幀變化的速度 velocity 由當(dāng)前位置向目標(biāo)位置移動
        transform.position = Vector3.SmoothDamp(transform.position, targetPosition, ref velocity, 0.3F);
   }
   

9. Vector3.Lerp(Vector3 a, Vector3 b, float t)

10. Vector3.LerpUnclamped(Vector3 a, Vector3 b, float t)

11. Vector3.Slerp(Vector3 a, Vector3 b, float t)

12. Vector3.SlerpUnclamped(Vector3 a, Vector3 b, float t)

    插值法，適用于已知起點(diǎn)與終點(diǎn)的情況

    void Update()
    {
        // 當(dāng)前時(shí)間已移動距離
        float distCovered = (Time.time - startTime) * speed;
        // 已移動距離與總距離比例
        float fractionOfJourney = distCovered / journeyLength;  
        // 對起點(diǎn)終點(diǎn)之間插值取相應(yīng)比例值，范圍 0.0-1.0 即 startMarker.position - endMarker.position
        transform.position = Vector3.Lerp(startMarker.position, endMarker.position, fractionOfJourney);
    }  
    
    void Update()
    {
        // 弧心
        Vector3 center = (sunrise.position + sunset.position) * 0.5F;
        // 下移弧心使弧垂直
        center -= new Vector3(0, 1, 0);
        // 對弧插值
        Vector3 riseRelCenter = sunrise.position - center;
        Vector3 setRelCenter = sunset.position - center;
        // 已過時(shí)長占總時(shí)長比例
        float fracComplete = (Time.time - startTime) / journeyTime;
        transform.position = Vector3.Slerp(riseRelCenter, setRelCenter, fracComplete);
        transform.position += center;
    }
    

    // 線性插值法計(jì)算兩點(diǎn)確定直線任意位置 無范圍限制
    Vector3.LerpUnclamped(startPostion, targetPosition, 3.2f);  
    // 球形插值，插值結(jié)果為由兩向量間角度和長度插值得到的向量值，常用于計(jì)算太陽軌跡
    Vector3.Slerp(startPostion, targetPosition, 0.3f);
    

    // 數(shù)學(xué)插值
    gameObject.transform.localPosition = new Vector3(
    Mathf.Lerp(startPostion.x, targetPosition.x, MoveSpeed * Time.deltaTime),
    Mathf.Lerp(startPostion.y, targetPosition.y, MoveSpeed * Time.deltaTime),
    Mathf.Lerp(startPostion.z, targetPosition.z, MoveSpeed * Time.deltaTime));
    

非剛體旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)需使用旋轉(zhuǎn)方法，不要直接修改屬性值，當(dāng)超過360會發(fā)生錯(cuò)誤

1. Transform.eulerAngles 歐拉角

2. Transform.localEulerAngles 本地歐拉角

3. Transform.rotation 四元數(shù)

4. Transform.Rotate(Vector3 eulers, Space relativeTo = Space.Self)

5. Transform.Rotate(float xAngle, float yAngle, float zAngle, Space relativeTo = Space.Self)

6. Transform.Rotate(Vector3 axis, float angle, Space relativeTo = Space.Self)

   void Update()
   {
        // 以物體 y 軸正方向以30°每秒的速度旋轉(zhuǎn)
        transform.Rotate(Vector3.up * 30 * Time.deltaTime, Space.Self);
   }
   

7. Transform.RotateAround(Vector3 point, Vector3 axis, float angle)

   void Update()
   {
        // 繞世界坐標(biāo)系中目標(biāo)位置的 y 軸正方向以30°每秒旋轉(zhuǎn)和移動（即繞點(diǎn)畫圓）
        transform.RotateAround(target, Vector3.up, 30 * Time.deltaTime);
   }
   

8. Transform.LookAt(Vector3 worldPosition, Vector3 worldUp = Vector3.up)

9. Transform.LookAt(Transform target, Vector3 worldUp = Vector3.up)

   以y為軸旋轉(zhuǎn)，使z軸指向目標(biāo)

   // 旋轉(zhuǎn)使物體 z 軸指向目標(biāo)位置，且 x 軸同目標(biāo)方向與 upwards 的叉積方向一致，y 軸同 z 和 x 軸的叉積方向一致
   transform.LookAt(targetPosition, Vector3.up);
   transform.LookAt(target.transform, Vector3.up);
   

10. Vector3.RotateTowards(Vector3 current, Vector3 target, float maxRadiansDelta, float maxMagnitudeDelta)

    //maxRadiansDelta 旋轉(zhuǎn)最大弧度差
    //maxMagnitudeDelta 旋轉(zhuǎn)最大長度差
    void Update()
    {
        // 確定旋轉(zhuǎn)方向
        Vector3 targetDirection = target.position - transform.position;
        // 一幀旋轉(zhuǎn)角度
        float singleStep = speed * Time.deltaTime;  
        // 將物體 z 軸正方向向目標(biāo)方向旋轉(zhuǎn)一幀角度，得到當(dāng)前幀方向
        Vector3 newDirection = Vector3.RotateTowards(transform.forward, targetDirection, singleStep, 0.0f);
        // 計(jì)算由 z 軸正方向旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前幀旋轉(zhuǎn)方向的四元數(shù)角度
        transform.rotation = Quaternion.LookRotation(newDirection);
    }
    

11. Quaternion.RotateTowards(Quaternion from, Quaternion to, float maxDegreesDelta)

    void Update()
    {
        // 當(dāng)前一幀旋轉(zhuǎn)角度
        var step = speed * Time.deltaTime;
        // 由當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度向目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)一幀角度
        transform.rotation = Quaternion.RotateTowards(transform.rotation, target.rotation, step);
    }
    

12. Quaternion.FromToRotation(Vector3 fromDirection, Vector3 toDirection)

    void Start()
    {
        // 將物體 y 軸旋轉(zhuǎn)至當(dāng)前 z 軸正方向
        transform.rotation = Quaternion.FromToRotation(Vector3.up, transform.forward);
    }
    

13. Quaternion.LookRotation(Vector3 forward, Vector3 upwards = Vector3.up)

    若 forward 或 upwards 大小為0則返回0

    若 forward 與 upwards 共線則返回0

    void Update()
    {
        // 目標(biāo)方向
        Vector3 relativePos = target.position - transform.position;
        // 計(jì)算由 z 軸正方向旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)方向的角度，且 x 軸同目標(biāo)方向與 upwards 的叉積方向一致，y 軸同 z 和 x 軸的叉積方向一致
        Quaternion rotation = Quaternion.LookRotation(relativePos, Vector3.up);
        transform.rotation = rotation;
    }
    

14. Quaternion.AngleAxis(float angle, Vector3 axis)

    void Start()
    {
        // 繞世界坐標(biāo)系 y 軸正方向旋轉(zhuǎn)30°
        transform.rotation = Quaternion.AngleAxis(30, Vector3.up);
    }
    

15. Quaternion.Lerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)

16. Quaternion.LerpUnclamped(Quaternion a, Quaternion b, float t)

17. Quaternion.Slerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)

18. Quaternion.SlerpUnclamped(Quaternion a, Quaternion b, float t)

    // 基本同上述 Vector3.Lerp
    void Update()
    {
        transform.rotation = Quaternion.Lerp(from.rotation, to.rotation, Time.time * speed);  
        transform.rotation = Quaternion.Slerp(from.rotation, to.rotation, timeCount);
        timeCount = timeCount + Time.deltaTime;
    }  
    
    void Update()
    {
        transform.rotation = Quaternion.Slerp(from.rotation, to.rotation, timeCount);
        timeCount = timeCount + Time.deltaTime;
    }
    

剛體變換

剛體運(yùn)動會計(jì)算碰撞，不會發(fā)生碰撞體嵌入問題，開啟 Kinematic 則不受力、碰撞等物理作用，對 Rigidbody 的操作都應(yīng)在 FixUpdate 中進(jìn)行

剛體移動

1. Rigidbody.position 剛體世界位置坐標(biāo)

2. Rigidbody.velocity 剛體速度

3. Rigidbody.MovePosition(Vector3 position)

   與 Rigidbody.interpolation 設(shè)置共同作用，開啟 interpolation 則剛體插值平滑過渡到目標(biāo)位置，移動時(shí)檢測碰撞，

   void FixedUpdate()
   {
        Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>();
        // 剛體向右移動
        rb.MovePosition(transform.position + transform.right * Time.fixedDeltaTime);
   }
   

4. AddForce(Vector3 force, ForceMode mode = ForceMode.Force)

   作用力參考世界坐標(biāo)系

5. AddForce(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)

6. AddRelativeForce(Vector3 force, ForceMode mode = ForceMode.Force)

   作用力參考本地坐標(biāo)系

7. AddRelativeForce(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)

8. AddForceAtPosition(Vector3 force, Vector3 position, ForceMode mode = ForceMode.Force)

   在點(diǎn)上施加力，會給物體加上扭力

9. AddExplosionForce(float explosionForce, Vector3 explosionPosition, float explosionRadius, float upwardsModifier = 0.0f, ForceMode mode = ForceMode.Force))

   void FixedUpdate()
   {
        Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>();
        // 物體 z 軸正方向施加1個(gè)單位的力
        rb.AddForce(transform.forward * 1.0f);
        // 物體 z 軸正方向施加1個(gè)單位的沖力
        rb.AddForce(0, 0, 1.0f, ForceMode.Impulse);  
        // 物體 z 軸正方向施加1個(gè)單位的力
        rb.AddRelativeForce(Vector3.forward * 1.0f);
     
        // 模擬爆炸力，由爆炸中心向物體中心施加1個(gè)單位力
        Vector3 direction = from.transform.position - transform.position;
        body.AddForceAtPosition(direction.normalized, transform.position);
   }
   

剛體旋轉(zhuǎn)

1. Rigidbody.rotation 剛體旋轉(zhuǎn)

2. Rigidbody.angularVelocity 剛體角速度

3. Rigidbody.constraints 剛體約束

   約束剛體在某一或多軸的移動或旋轉(zhuǎn)

   // 限制剛體在 z 軸的移動和旋轉(zhuǎn)
   m_Rigidbody.constraints = RigidbodyConstraints.FreezePositionZ | RigidbodyConstraints.FreezeRotationZ;
   

4. Rigidbody.MoveRotation(Quaternion rot)

   與 Rigidbody.interpolation 設(shè)置共同作用，則剛體插值平滑旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度

   Quaternion deltaRotation = Quaternion.Euler(m_EulerAngleVelocity * Time.deltaTime);
   m_Rigidbody.MoveRotation(m_Rigidbody.rotation * deltaRotation);
   

5. Rigidbody.AddTorque(Vector3 torque, ForceMode mode = ForceMode.Force)

6. Rigidbody.AddTorque(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)

7. Rigidbody.AddRelativeTorque(Vector3 torque, ForceMode mode = ForceMode.Force)

8. Rigidbody.AddRelativeTorque(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)

   void FixedUpdate()
   {
        Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>();
        // 根據(jù)輸入水平數(shù)據(jù)繞物體 y 軸正方向添加扭力
        float turn = Input.GetAxis("Horizontal");
        rb.AddTorque(transform.up * torque * turn);
        // 物體 y 軸正方向添加扭力
        rb.AddRelativeTorque(Vector3.up * torque * turn);
   }