讲解的 Unity 中几种不同的坐标系与其之间的转换，以及汇总物体的移动和旋转方法
本文原地址：Unity学习—坐标系与空间变换
坐标系
坐标系种类
Unity 中使用到的坐标系分为以下四种
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世界坐标系 Word Space
即世界空间使用的坐标系，基本单位 unit，x 正方向：左向右， y 正方向：下向上，z 正方向：屏外向屏内，
任何物体使用 Transform.position 即可获得世界坐标值
场景中根物体使用的就是世界坐标，可在 Inspector 查看世界坐标值
对于非根物体则以父物体位置为原点位置使用本地坐标系 Local Space，即相对父物体位置，该物体 Inspector 数值为本地坐标值，可使用 Transform.localposition 获取本地坐标值
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屏幕坐标系 Screen Space
- 基本单位像素，屏幕左下角为（0，0），右上角为（Screen.width，Screen.height），即实际运行屏幕下的游戏窗口像素值，z 为相机世界坐标单位值
- Input.mousePosition 获取的鼠标坐标，Input.GetTouch(0).position 获取触摸坐标
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视口坐标系 Viewport Space
- 左下角为（0，0），右上角为（1，1），z 为相机世界坐标单位值
- 适合用于坐标系转换
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UGUI 坐标系 UGUI Space
- 基本单位像素，屏幕左上角为（0，0），右下角为（Screen.width，Screen.height）
坐标系转换
// 本地→世界
transform.TransformPoint(position);
// 世界→本地
transform.InverseTransformPoint(position);
// 世界→屏幕
camera.WorldToScreenPoint(position);
// 世界→视口
Camera.main.WorldToViewportPoint(position)
// 屏幕→视口
camera.ScreenToViewportPoint(position);
// 视口→屏幕
camera.ViewportToScreenPoint(position);
// 视口→世界
camera.ViewportToWorldPoint(position);
空间变换
坐标系选择
世界坐标系 Space.World 与自身坐标系 Space.Self
Vector3.forward、Vector3.back、Vector3.left、Vector3.right、Vector3.up、Vector3.down 数值固定
transform.forward、 transform.right、transform.up 数值不定，依据物体自身旋转变化，如 transform.forward 为物体 z 轴在世界坐标系中所指方向
非刚体变换
非刚体物体在移动或旋转时不检测碰撞
非刚体移动
Transform.positon 世界位置坐标
Transform.localPostion 本地位置坐标
Transform.Translate(Vector3 translation, Space relativeTo = Space.Self)
Transform.Translate(float x, float y, float z, Space relativeTo = Space.Self)
Transform.Translate(Vector3 translation, Transform relativeTo)
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Transform.Translate(float x, float y, float z, Transform relativeTo);
void Update() { // 以每秒1个单位速度延世界坐标系y轴正方向移动 transform.Translate(Vector3.up * Time.deltaTime, Space.World); // 以每秒1个单位速度延主相机本地坐标系x轴正方向移动 transform.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, Camera.main.transform); } -
Vector3.MoveTowards(Vector3 current, Vector3 target, float maxDistanceDelta)
以一定速度向目标移动直至到达目标位置，对比插值法可限制最大速度
// maxDistanceDelta 最大移动距离 void Update() { // 当前帧移动距离 float step = speed * Time.deltaTime; // 由当前位置向目标位置移动距离 step 得出新位置，超过终点则返回终点值 transform.position = Vector3.MoveTowards(transform.position, target.position, step); } -
Vector3.SmoothDamp(Vector3 current, Vector3 target, ref Vector3 currentVelocity, float smoothTime, float maxSpeed = Mathf.Infinity, float deltaTime = Time.deltaTime)
实现平滑阻尼移动，可控制速度，一般用于摄像机跟随
// 通过使用自身修改的速度指针计算当前位置 private Vector3 velocity = Vector3.zero; void Update() { // 定义目标物体的后上方为目标位置 Vector3 targetPosition = target.TransformPoint(new Vector3(0, 5, -10)); // 以每帧变化的速度 velocity 由当前位置向目标位置移动 transform.position = Vector3.SmoothDamp(transform.position, targetPosition, ref velocity, 0.3F); } Vector3.Lerp(Vector3 a, Vector3 b, float t)
Vector3.LerpUnclamped(Vector3 a, Vector3 b, float t)
Vector3.Slerp(Vector3 a, Vector3 b, float t)
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Vector3.SlerpUnclamped(Vector3 a, Vector3 b, float t)
插值法，适用于已知起点与终点的情况
void Update() { // 当前时间已移动距离 float distCovered = (Time.time - startTime) * speed; // 已移动距离与总距离比例 float fractionOfJourney = distCovered / journeyLength; // 对起点终点之间插值取相应比例值，范围 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); // 对弧插值 Vector3 riseRelCenter = sunrise.position - center; Vector3 setRelCenter = sunset.position - center; // 已过时长占总时长比例 float fracComplete = (Time.time - startTime) / journeyTime; transform.position = Vector3.Slerp(riseRelCenter, setRelCenter, fracComplete); transform.position += center; }// 线性插值法计算两点确定直线任意位置 无范围限制 Vector3.LerpUnclamped(startPostion, targetPosition, 3.2f); // 球形插值，插值结果为由两向量间角度和长度插值得到的向量值，常用于计算太阳轨迹 Vector3.Slerp(startPostion, targetPosition, 0.3f);// 数学插值 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));
非刚体旋转
旋转需使用旋转方法，不要直接修改属性值，当超过360会发生错误
Transform.eulerAngles 欧拉角
Transform.localEulerAngles 本地欧拉角
Transform.rotation 四元数
Transform.Rotate(Vector3 eulers, Space relativeTo = Space.Self)
Transform.Rotate(float xAngle, float yAngle, float zAngle, Space relativeTo = Space.Self)
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Transform.Rotate(Vector3 axis, float angle, Space relativeTo = Space.Self)
void Update() { // 以物体 y 轴正方向以30°每秒的速度旋转 transform.Rotate(Vector3.up * 30 * Time.deltaTime, Space.Self); } -
Transform.RotateAround(Vector3 point, Vector3 axis, float angle)
void Update() { // 绕世界坐标系中目标位置的 y 轴正方向以30°每秒旋转和移动（即绕点画圆） transform.RotateAround(target, Vector3.up, 30 * Time.deltaTime); } Transform.LookAt(Vector3 worldPosition, Vector3 worldUp = Vector3.up)
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Transform.LookAt(Transform target, Vector3 worldUp = Vector3.up)
以y为轴旋转，使z轴指向目标
// 旋转使物体 z 轴指向目标位置，且 x 轴同目标方向与 upwards 的叉积方向一致，y 轴同 z 和 x 轴的叉积方向一致 transform.LookAt(targetPosition, Vector3.up); transform.LookAt(target.transform, Vector3.up); -
Vector3.RotateTowards(Vector3 current, Vector3 target, float maxRadiansDelta, float maxMagnitudeDelta)
//maxRadiansDelta 旋转最大弧度差 //maxMagnitudeDelta 旋转最大长度差 void Update() { // 确定旋转方向 Vector3 targetDirection = target.position - transform.position; // 一帧旋转角度 float singleStep = speed * Time.deltaTime; // 将物体 z 轴正方向向目标方向旋转一帧角度，得到当前帧方向 Vector3 newDirection = Vector3.RotateTowards(transform.forward, targetDirection, singleStep, 0.0f); // 计算由 z 轴正方向旋转到当前帧旋转方向的四元数角度 transform.rotation = Quaternion.LookRotation(newDirection); } -
Quaternion.RotateTowards(Quaternion from, Quaternion to, float maxDegreesDelta)
void Update() { // 当前一帧旋转角度 var step = speed * Time.deltaTime; // 由当前旋转角度向目标旋转角度旋转一帧角度 transform.rotation = Quaternion.RotateTowards(transform.rotation, target.rotation, step); } -
Quaternion.FromToRotation(Vector3 fromDirection, Vector3 toDirection)
void Start() { // 将物体 y 轴旋转至当前 z 轴正方向 transform.rotation = Quaternion.FromToRotation(Vector3.up, transform.forward); } -
Quaternion.LookRotation(Vector3 forward, Vector3 upwards = Vector3.up)
若 forward 或 upwards 大小为0则返回0
若 forward 与 upwards 共线则返回0
void Update() { // 目标方向 Vector3 relativePos = target.position - transform.position; // 计算由 z 轴正方向旋转到目标方向的角度，且 x 轴同目标方向与 upwards 的叉积方向一致，y 轴同 z 和 x 轴的叉积方向一致 Quaternion rotation = Quaternion.LookRotation(relativePos, Vector3.up); transform.rotation = rotation; } -
Quaternion.AngleAxis(float angle, Vector3 axis)
void Start() { // 绕世界坐标系 y 轴正方向旋转30° transform.rotation = Quaternion.AngleAxis(30, Vector3.up); } Quaternion.Lerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)
Quaternion.LerpUnclamped(Quaternion a, Quaternion b, float t)
Quaternion.Slerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)
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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; }
刚体变换
刚体运动会计算碰撞，不会发生碰撞体嵌入问题，开启 Kinematic 则不受力、碰撞等物理作用，对 Rigidbody 的操作都应在 FixUpdate 中进行
刚体移动
Rigidbody.position 刚体世界位置坐标
Rigidbody.velocity 刚体速度
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Rigidbody.MovePosition(Vector3 position)
与 Rigidbody.interpolation 设置共同作用，开启
interpolation则刚体插值平滑过渡到目标位置，移动时检测碰撞，void FixedUpdate() { Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>(); // 刚体向右移动 rb.MovePosition(transform.position + transform.right * Time.fixedDeltaTime); } -
AddForce(Vector3 force, ForceMode mode = ForceMode.Force)
作用力参考世界坐标系
AddForce(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)
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AddRelativeForce(Vector3 force, ForceMode mode = ForceMode.Force)
作用力参考本地坐标系
AddRelativeForce(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)
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AddForceAtPosition(Vector3 force, Vector3 position, ForceMode mode = ForceMode.Force)
在点上施加力，会给物体加上扭力
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AddExplosionForce(float explosionForce, Vector3 explosionPosition, float explosionRadius, float upwardsModifier = 0.0f, ForceMode mode = ForceMode.Force))
void FixedUpdate() { Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>(); // 物体 z 轴正方向施加1个单位的力 rb.AddForce(transform.forward * 1.0f); // 物体 z 轴正方向施加1个单位的冲力 rb.AddForce(0, 0, 1.0f, ForceMode.Impulse); // 物体 z 轴正方向施加1个单位的力 rb.AddRelativeForce(Vector3.forward * 1.0f); // 模拟爆炸力，由爆炸中心向物体中心施加1个单位力 Vector3 direction = from.transform.position - transform.position; body.AddForceAtPosition(direction.normalized, transform.position); }
刚体旋转
Rigidbody.rotation 刚体旋转
Rigidbody.angularVelocity 刚体角速度
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Rigidbody.constraints 刚体约束
约束刚体在某一或多轴的移动或旋转
// 限制刚体在 z 轴的移动和旋转 m_Rigidbody.constraints = RigidbodyConstraints.FreezePositionZ | RigidbodyConstraints.FreezeRotationZ; -
Rigidbody.MoveRotation(Quaternion rot)
与 Rigidbody.interpolation 设置共同作用，则刚体插值平滑旋转到目标角度
Quaternion deltaRotation = Quaternion.Euler(m_EulerAngleVelocity * Time.deltaTime); m_Rigidbody.MoveRotation(m_Rigidbody.rotation * deltaRotation); Rigidbody.AddTorque(Vector3 torque, ForceMode mode = ForceMode.Force)
Rigidbody.AddTorque(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)
Rigidbody.AddRelativeTorque(Vector3 torque, ForceMode mode = ForceMode.Force)
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Rigidbody.AddRelativeTorque(float x, float y, float z, ForceMode mode = ForceMode.Force)
void FixedUpdate() { Rigidbody rb = GetComponent<Rigidbody>(); // 根据输入水平数据绕物体 y 轴正方向添加扭力 float turn = Input.GetAxis("Horizontal"); rb.AddTorque(transform.up * torque * turn); // 物体 y 轴正方向添加扭力 rb.AddRelativeTorque(Vector3.up * torque * turn); }
