Unity第三人称视角解决方案

镜头跟随

在实现第三人称时，镜头问题困扰了我一整天，参考了官方的脚本 SmoothFollow，虽然能实现镜头跟在人物身后，但是发现几个问题。

• 脚本实现太繁琐，有几个属性目前根本就用不到。
• 人物旋转时不能控制摄像机跟着旋转，也就是说，不能让镜头一直跟在人物身后。

脚本代码如下：

    public class SmoothFollow : MonoBehaviour
    {

        // The target we are following
        [SerializeField]
        private Transform target;
        // The distance in the x-z plane to the target
        [SerializeField]
        private float distance = 10.0f;
        // the height we want the camera to be above the target
        [SerializeField]
        private float height = 5.0f;

        [SerializeField]
        private float rotationDamping;
        [SerializeField]
        private float heightDamping;

        // Use this for initialization
        void Start() { }

        // Update is called once per frame
        void LateUpdate()
        {
            // Early out if we don't have a target
            if (!target)
                return;

            // Calculate the current rotation angles
            var wantedRotationAngle = target.eulerAngles.y;
            var wantedHeight = target.position.y + height;

            var currentRotationAngle = transform.eulerAngles.y;
            var currentHeight = transform.position.y;

            // Damp the rotation around the y-axis
            currentRotationAngle = Mathf.LerpAngle(currentRotationAngle, wantedRotationAngle, rotationDamping * Time.deltaTime);

            // Damp the height
            currentHeight = Mathf.Lerp(currentHeight, wantedHeight, heightDamping * Time.deltaTime);

            // Convert the angle into a rotation
            var currentRotation = Quaternion.Euler(0, currentRotationAngle, 0);

            // Set the position of the camera on the x-z plane to:
            // distance meters behind the target
            transform.position = target.position;
            transform.position -= currentRotation * Vector3.forward * distance;

            // Set the height of the camera
            transform.position = new Vector3(transform.position.x ,currentHeight , transform.position.z);

            // Always look at the target
            transform.LookAt(target);
        }
    }

其中的[SerializeField]可以实现private属性在inspect面板中出现，虽然目前不知道有什么好处，但是在安全性应该会有所提升，所以我也就这么用了。
其中的两个属性damping测试了半天，还是没理解具体是啥意思，而height和distance属性也没有起到我所需要的效果。
于是自己动手，直接把所有注释掉，仅需要：

        [SerializeField]
        private Transform lookAtTarget;
                //transfrom.lookAt的距离差
        [SerializeField]
        private Vector3 lookAtOffset;
        //初始向量差 用来保持距离不变
        private Vector3 originVector;

inspect面板是这样的：

实现远离非常简单，只要在初始场景里设置好初始相机和target的相对位置，像这样。

在 start方法里设置 originVector:

            originVector =new Vector3(target.position.x-transform.position.x,target.position.y-transform.position.y,target.position.z-transform.position.z);

Update方法里实现：

            transform.position = target.position - originVector;
                        transform.LookAt (target.position+lookAtOffset);

大功告成。已经实现了原版的SmoothFollow的功能，这时候问题又来了，相机一直跟在人物的身后，不会旋转。

旋转是个大麻烦。
涉及到欧拉角或者四元数，研究了半天，想到几个解决方案。

• 对originVector做旋转：重新规划坐标，获得每一次旋转以后的坐标点，而不是直接使用两个向量的向量差。
• 先正常旋转，然后利用RotateAround方法完成绕人物旋转。

其实仔细观察会发现，人物的旋转，只有Vector3.up，也就是y方向上的旋转，旋转角度就是每次前后的欧拉角y方向之差，只需要进行四元数和欧拉角的转换，而第一种解决方案，涉及三角函数和坐标系变换，非常困难，试了很久依旧没有搞定，于是用第二种解决方案。
添加属性：

        //记录上一frame的旋转角度
        private Vector3 lastFrameTargetRoation;

start方法里：

            lastFrameTargetRoation = target.rotation.eulerAngles;

update方法的完整代码：

            transform.position = target.position - originVector;
            transform.RotateAround(target.position,Vector3.up,target.rotation.eulerAngles.y -  lastFrameTargetRoation.y);

            lastFrameTargetRoation = target.rotation.eulerAngles;
            originVector =new Vector3(target.position.x-transform.position.x,target.position.y-transform.position.y,target.position.z-transform.position.z);

就搞定了。

鼠标右键控制镜头

首先当然是要捕捉鼠标右键的状态了，只有长按并且拖动才是对视角的控制，官方的鼠标事件并没有这样的事件。于是用一个变量来记录。

        //鼠标旋转视野的速度
        [SerializeField]
        private float mouseTurnedSpeed = 0.3f;
        //鼠标右键控制镜头旋转的代码
        private bool rightButtonDonwed;

一开始想要使用onMouseXXX方法来监控鼠标的点击操作，官方文档是这么说的。试了发现并没有调用这些方法。

也就是说这些方法只有当鼠标在相应的物体上点击才有效，而镜头视角显然是对着空气，总不能把空气作为一个GameObject，因此就在Update方法里修改。

            //记录鼠标右键是否按下的状态
            if (Input.GetMouseButton (1) && Input.GetMouseButtonDown (1)) {
                rightButtonDonwed = true;
            }
            if (Input.GetMouseButtonUp (1)) {
                rightButtonDonwed = false;  
            }

这样就能得到鼠标右键是否是按下的状态，接着用如下代码控制X轴的旋转。（X代表左右，Z代表前后，Y代表上下）

                //获取鼠标旋转的度数 横轴
                float rotationAmount = Input.GetAxis ("Mouse X") * mouseTurnedSpeed * Time.deltaTime;
                //最终的旋转读书
                transform.RotateAround (target.position, Vector3.up, rotationAmount*360);
                //人物也旋转 保证镜头始终对着人物背面
                target.RotateAround(target.position, Vector3.up, rotationAmount*360);

X轴的旋转十分简单，接下来是Y轴的上下镜头旋转，参考了第一人称视角的解决方案，发现第三人称跟第一人称完全不一样，需要获取一个旋转轴，也就是平行于当前平面，垂直于Y轴的向量，如下图。

旋转轴利用两向量垂直的乘积等于0的公式算出来。以下是y轴旋转代码。

                //纵轴
                float rotationAmountY = Input.GetAxis ("Mouse Y") * mouseTurnedSpeed * Time.deltaTime;
                Vector3 yCenter = new Vector3 (-originVector.z / originVector.x, target.position.y, 1);
                transform.RotateAround (target.position,yCenter,rotationAmountY*360);

鼠标滚轮拉近/远

右键的问题解决了，接下来就是鼠标滚轮的问题了。原理很简单，只要改变差值向量就可以，直接附上代码。

                //变动的距离
            float changeDistance = Input.GetAxis ("Mouse ScrollWheel") ;
                //单前的距离
            float currentDistance = originVector.magnitude;
                //单位向量
            Vector3 miniVector = originVector.normalized;
                //获取新的向量
            originVector = miniVector*(currentDistance-changeDistance*Time.deltaTime*100);

至此第三人称视角初步完美解决。（极限情况暂未考虑）
最后附上完整的代码，绑定到摄像机就可以了。

using UnityEngine;

namespace UnityStandardAssets.Utility
{
    public class SmoothFollow : MonoBehaviour
    {

        // The target we are following
        [SerializeField]
        private Transform target;
        // The distance in the x-z plane to the target

        [SerializeField]
        private Transform lookAtTarget;
        [SerializeField]
        private Vector3 lookAtOffset;
        //初始向量差 用来保持距离不变
        private Vector3 originVector;
        //记录上一frame的旋转叫
        private Vector3 lastFrameTargetRoation;
        //鼠标旋转视野的速度
        [SerializeField]
        private float mouseTurnedSpeed = 0.3f;
        //鼠标右键控制镜头旋转的代码
        private bool rightButtonDonwed;

        // Use this for initialization
        void Start() {
        //获取当前的distance和height
            originVector =new Vector3(target.position.x-transform.position.x,target.position.y-transform.position.y,target.position.z-transform.position.z);
            rightButtonDonwed = false;
            lastFrameTargetRoation = target.rotation.eulerAngles;
        }

        // Update is called once per frame
        void Update()
        {           

                //变动的距离
            float changeDistance = Input.GetAxis ("Mouse ScrollWheel") ;
                //单前的距离
            float currentDistance = originVector.magnitude;
                //单位向量
            Vector3 miniVector = originVector.normalized;
                //获取新的向量
            originVector = miniVector*(currentDistance-changeDistance*Time.deltaTime*100);


            //记录鼠标右键是否按下的状态
            if (Input.GetMouseButton (1) && Input.GetMouseButtonDown (1)) {
                rightButtonDonwed = true;
            }
            if (Input.GetMouseButtonUp (1)) {
                rightButtonDonwed = false;  
            }
            transform.position = target.position - originVector;
            print (rightButtonDonwed);
            if (rightButtonDonwed) {
                //获取鼠标旋转的度数 横轴
                float rotationAmount = Input.GetAxis ("Mouse X") * mouseTurnedSpeed * Time.deltaTime;
                //最终的旋转读书
                transform.RotateAround (target.position, Vector3.up, rotationAmount*360);
                //人物也旋转 保证镜头始终对着人物背面
                target.RotateAround(target.position, Vector3.up, rotationAmount*360);

                //纵轴
                float rotationAmountY = Input.GetAxis ("Mouse Y") * mouseTurnedSpeed * Time.deltaTime;
                Vector3 yCenter = new Vector3 (-originVector.z / originVector.x, target.position.y, 1);
                transform.RotateAround (target.position,yCenter,rotationAmountY*360);
            } else {
                transform.RotateAround(target.position,Vector3.up,target.rotation.eulerAngles.y -  lastFrameTargetRoation.y);

            }



            lastFrameTargetRoation = target.rotation.eulerAngles;
            originVector =new Vector3(target.position.x-transform.position.x,target.position.y-transform.position.y,target.position.z-transform.position.z);


        }
    }
}