Unity所有关于旋转的方法详解 |
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前言:欧拉角和四元数的简单描述
我们在Inspector面板上看到的rotation其实是欧拉角, 我们将Inspector面板设置成Debug模式,此时看到的local Rotation才是四元数。 Unity中的欧拉旋转是按照Z-X-Y顺规执行的旋转,一组欧拉旋转过程中,相对的轴向不会发生变化。 Transform.Rotate(new Vector3(30,60,30)),它代表执行了一组欧拉旋转,它相对的是旋转前的局部坐标朝向。正是这种顺规和轴向的定义,导致了万向节死锁的自然形成。 举个例子就是,在世界空间下,按照X-Y-Z去拖拽旋转轴,当拖拽到Z轴旋转时,X和Y轴的欧拉角都会改变,如果按照Z-X-Y去按顺序拖拽则轴与轴之间的数值不会影响。 代码表示:方式1和方式3的旋转结果相同 //方式一 transform.Rotate(30,60,30,Space.World); //方式二(X-Y-Z) transform.Rotate(30,0,0,Space.World); transform.Rotate(0,60,0,Space.World); transform.Rotate(0,0,30,Space.World); //方式三(Z-X-Y) transform.Rotate(0,0,30,Space.World); transform.Rotate(30,0,0,Space.World); transform.Rotate(0,60,0,Space.World);欧拉角和四元数的相互转换: // 欧拉角表示旋转 Vector3 eulerRotation = new Vector3(30f, 60f, 30f); // 将欧拉角转换为四元数 Quaternion quaternionRotation = Quaternion.Euler(eulerRotation); // 将四元数转换为欧拉角 Vector3 convertedEulerAngles = quaternionRotation.eulerAngles;局部坐标系和世界坐标系的转换: transform.up = transform.rotation * Vector3.up; transform.right = transform.rotation * Vector3.right; transform.forward = transform.rotation * Vector3.forward; 1.Transform旋转系列 (1)transform.Rotate(有万向锁)public void Rotate (Vector3 eulers, Space relativeTo= Space.Self); public void Rotate (float xAngle, float yAngle, float zAngle, Space relativeTo= Space.Self); 描述:这两种方式的旋转结果相同,应用一个围绕 Z 轴旋转 zAngle 度、围绕 X 轴旋转 xAngle度、围绕 Y 轴旋转 yAngle 度(按此顺序)的旋转。Space.Self代表局部坐标系,Space.World代表世界坐标系。 public void Rotate (Vector3 axis, float angle, Space relativeTo= Space.Self); 描述:用给定角度定义的度数围绕给定轴旋转该对象。 我们可以看个这样的例子: transform.Rotate(Vector3.up, 30, Space.Self); transform.Rotate(transform.up, 30, Space.World);这两种旋转方式的结果是一致的。 (2)transform.RotateAround(有万向锁)public void RotateAround (Vector3 axis, float angle); public void RotateAround (Vector3 point, Vector3 axis, float angle); 描述:第一个参数为围绕的中心点,第二个参数为物体围绕转动的轴,方式1和方式2的区别在于,方式1围绕的中心点就是自己。 transform.RotateAround和transform.Rotate的区别就好比地球公转和自转的区别。 (3)transform.LookAt(无万向锁)public void LookAt (Transform target, Vector3 worldUp= Vector3.up); public void LookAt (Vector3 worldPosition, Vector3 worldUp= Vector3.up); 描述:旋转变换,使向前矢量指向 target 的当前位置。 主要是这句话的理解: “随后它会旋转变换以将其向上方向矢量指向 worldUp 矢量暗示的方向。 如果省略 worldUp 参数,则该函数会使用世界空间 y 轴。如果向前方向垂直于 worldUp,则旋转的向上矢量将仅匹配 worldUp 矢量。” 什么意思呢,就是LookAt的第一个参数决定了forward轴(蓝轴)的朝向,但是怎么旋转到目标位置还需要再确定一个轴,但是第二个参数并不等价于up轴(绿轴)指向worldUp,只是在保证forward轴(蓝轴)指向物体时,会尽量保证在旋转的过程中,up轴指向worldUp大致的方向,且不管怎么旋转up轴和worldUp夹角都不会超过90°。 2.Quaternion旋转系列(无万向锁)创建旋转: (1)Quaternion.LookRotationpublic Quaternion LookRotation (Vector3 forward, Vector3 upwards= Vector3.up); 描述:物体的Z 轴指向forward,X 轴指向 forward 和 upwards 的差积,Y 轴指向 Z 和 X 之间的差积对齐。确定轴的顺序是Z-X-Y的顺序。 与LookAt的区别: LookAt()与LookRotation()的参数都相似,但前者是将游戏对象的z轴指向参数所表示的那个点,而后者是将游戏对象的z轴指向参数所表示的向量的方向。 transform.LookAt(targetCube.transform); transform.rotation = Quaternion.LookRotation(targetCube.transform.position-transform.position);这两行代码的效果是等价的。 public static Quaternion FromToRotation (Vector3 fromDirection, Vector3 toDirection); 描述:创建一个从 fromDirection 旋转到 toDirection 的旋转。 通常情况下,您使用该方法对变换进行旋转,使其的一个轴(例如 Y 轴)跟随世界空间中的目标方向 /toDirection/。 效果等价于Quaternion.SetFromToRotation (3)Quaternion.AngleAxispublic static Quaternion AngleAxis (float angle, Vector3 axis); 描述:创建一个围绕 axis 旋转 angle 度的旋转。 下面是实现绕着世界Y轴自转的小案例 private void Update() { transform.rotation=Quaternion.AngleAxis(Time.deltaTime*60,Vector3.up); }效果预览: 操作旋转: (4)Quaternion.Slerppublic static Quaternion Slerp (Quaternion a, Quaternion b, float t); 描述:在四元数 a 与 b 之间按比率 t 进行球形插值。参数 t 限制在范围 [0, 1] 内。 (5)Quaternion.RotateTowardspublic static Quaternion RotateTowards (Quaternion from, Quaternion to, float maxDegreesDelta); 描述:将 from 四元数朝 to 旋转 maxDegreesDelta 的角度步长(但请注意, 该旋转不会过冲)。 如果 maxDegreesDelta 为负值,则向远离 to 的方向旋转,直到旋转 恰好为相反的方向。 与Quaternion.FromToRotation的区别: RotateTowards是操作旋转,就是一点点的把from插值到to。而FromToRotation它代表的是一个完整的旋转过程,你需要提供一个起始旋转和目标旋转,方法将返回一个表示从起始方向到目标方向的旋转。 3.刚体旋转系列 (1)Rigidbody.MoveRotationpublic void MoveRotation (Quaternion rot); 刚体插值在渲染的任意中间帧中的两个旋转之间平滑过渡,方法必须写在FixedUpdate,参数是四元数。相比于其他所有的旋转方式,他可以实现带动在平台上的物体一起旋转。 实现带动效果:旋转物的刚体必须要勾选isKinematic,切记。 代码如下: public float speed; private float angle; private Rigidbody rb; private void Start() { rb = GetComponent(); } private void FixedUpdate() { angle = Time.fixedDeltaTime * speed; rb.MoveRotation(rb.rotation*Quaternion.Euler(Vector3.up*angle)); } (2)Rigidbody角速度angularVelocity描述:表示刚体的角速度,即物体绕其自身轴旋转的速度。它是一个三维矢量,每个分量分别表示绕相应轴的旋转速度。 private void Update() { //绕y轴匀速运动 rb.angularVelocity = new Vector3(0, 3, 0); }![]() 它也可以带动平台上的物体一起跟着旋转。 使用角速度需要注意的是,不能勾选isKinematic。 官方说不建议直接修改angularVelocity,会造成失真。但我没遇到过什么问题,我的理解是直接修改内部属性不太符合编程习惯,会破坏完整性。 参考链接:学习笔记3 - 简书 |
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