Unity复杂的旋转-欧拉角和四元数

学了那么久 其实对Unity的欧拉角和四元数并没有很深刻的认识…所以就此开篇稍微介绍一下

• 我们首先知道的是，在Unity中有两种方式表示旋转。一种是欧拉角，还有一种就是四元数，那其中的区别有哪些呢？我们先分别介绍一下。

一.欧拉角

欧拉角最容易表示，用三个变量X,Y,Z可以直观的表示绕着某个轴的旋转角度。

在Unity里就是Transform组件的Rotation里的X Y Z三个变量代表了欧拉角

二.四元数

四元数相比于欧拉角就比较复杂了，由四个变量组成(在Unity中称为X,Y,Z,W)，但是这些变量的值不代表旋转角度，所以可能给你一个向量(0。7,0,0,0.7)你并不知道实际旋转的角度，当然四元数的详细解释需要数学方面的深入研究，有兴趣的可以自行查找有关资料

• 因为在Unity没有可视化界面可以调整四元数(因为真的调了也不直观看到旋转的角度)，所以我们只能用脚本来访问

三.脚本中内容

欧拉角如果在脚本中表示呢？
是不是想到之前图中的那个Rotation，那你是不是自然而然的想到了通过transform.rotation访问呢？如果你是这样想的，那就错了！
在Unity中transform.rotation代表的是四元数！附上官网证明！

那到底如何表示欧拉角呢？其实表示很简单，并附上官网解释

transform.eulerAngles =new Vector3(20,300,40);

当我们以上述代码运行后会发现Rotation中的Y值是-60，那是因为面板上的Rotation中的X Y Z值范围是在(-180,180)，对于代码中超出的部分会自动进行计算映射到范围内

四元数的代码表示就是之前的transform.rotation，那你肯定会想欧拉角和四元数之前能否转换呢，知道其中一个的值，如果改变成对方呢?代码如下

//欧拉角->四元数 
//通过Quaternion.Euler() 传递一个Vector3向量的欧拉角
transform.rotation = Quaternion.Euler(new Vector3(20, 300, 40));

//四元数->欧拉角
transform.rotation.eulerAngles;//对你没看错 直接可以转换获取

三.区别

欧拉角:

• 优点：三个角度组成,直观，容易理解
• 优点：可以进行从一个方向到另一个方向旋转大于180度的角度
• 缺点：死锁问题——万向节死锁 万向节死锁介绍

四元数

• 优点：不存在万向节死锁问题
• 优点：存储空间小，计算效率高
• 缺点：单个四元数不能表示在任何方向上超过180度的旋转。
• 缺点：数字表示不直观

四.常用API

• Quaternion.LookRotation() 使其转向某个方向
  
  函数传递的参数的一个Vector3的向量 这个向量表示的是要看向的向量，通常用目标的positon和自身的position进行相减求得此向量

Vector3 pos = target.transform.position - transform.position;
transform.rotation = Quaternion.LookRotation(pos);

是不是觉得和transform.LookAt()效果很像…

//和上面代码得到的效果相同
transform.LookAt(target.transform);

• Quaternion.Slerp() 平滑进行转动动画
  
  函数传递的参数分别是 当前GameObject的四元数、目标要转向的四元数 和 一个插值时间
  我们看个例子

void LookAtTarget()
    {
        if (Input.GetKey(KeyCode.Space))
        {
            Vector3 dir = target.transform.position - transform.position;
            dir.y = 0;//不让Player有y轴上的倾角
            Quaternion target = Quaternion.LookRotation(dir);
            transform.rotation = Quaternion.Slerp(transform.rotation, target, Time.deltaTime);
        }
    }

我们将上述的LookAtTarget()方法放到Update()函数中进行执行
就可以看到平滑的转动

• Quaternion.Lerp() 说实话个人用起来和Slerp()区别不大
  
  图中红线框出来的就是区别:使用Lerp()进行旋转的速度较快，但是在旋转角度较大的时候，效果会糟一点。

• Quaternion.RotateTowards()
  
  传递两个四元数，和一个角度增量值，使第一个四元数逐渐趋近于第二个四元数并最终相等

void Update()
    {
        float step = 3 * Time.deltaTime;
        transform.rotation = Quaternion.RotateTowards(transform.rotation,target.transform.rotation,step);
    }

结果就是当前物体的四元数和目标的四元数相等

• Transform.RotateAround()
  
  传递一个参照点point、绕哪个轴转axis和增量角度angle

void Update()
    {
        float step = 3 * Time.deltaTime;
        transform.RotateAround(target.transform.position,Vector3.up,step);
    }

五.总结

差不多基础概念就这些了吧，如果要深入了解的话，建议还是看API，并且自己多动手尝试一下数据~