Unity精华☀️（二）到底是什么原因导致“万向锁”？旋转翻车的终极解析！

哈喽大家好，你的橙哥突然出现~

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前几天跟大家说，面试时尴尬的名场面，

结果收到很多小老弟的留言，说是被说中了心声，心疼这些小老弟们。

 

那今天呢，咱来就来盘一盘面试时经常会问的一个问题：

什么是万向锁？

 

一、万向锁现象

我们认为，改变欧拉角x值，物体会绕着自身x轴旋转，改变y值，会绕着y旋转，z值同理（x）

但在某些情况下，unity物体并不会按照这个来，它会丢失一个自由度，比如下面情况：
 

当X轴角度为±90°时，

此时只有Z值是沿着自身Z轴旋转，且Y值旋转方向跟也是Z轴，丢失Y轴旋转自由度。

 

还比如这位博主讲的，丢失了一个自由度：传送门

这样的旋转，如果用改变Transform欧拉角来旋转，不一写一个错么

万向锁用专业术语讲就是：

万向锁，是在使用动态欧拉角表示三维物体的旋转时出现的问题。

在物体旋转中，物体丢失了一个旋转维度。

理不理解不重要，别人问就这样说！

 

 

二、产生万向锁的应用场景

比如骰子游戏：

不断旋转骰子，总会有机会使骰子旋转到万向锁角度，失去一个方向的自由度（x为90度+2π倍，此时改变y、z值，旋转方向相同）

若此时再使用动态欧拉角进行失去自由度方向的旋转，则注定不会起作用了。

 

 

三、Inspector面板欧拉角的旋转

为了解面板欧拉角的旋转，首先要先了解几个基础知识：

1、世界坐标系，是静态欧拉角，是不会变化的

2、物体本身坐标系，是动态欧拉角，会随着物体转动而转动

3、Unity官方提醒：

要仅使用物体的欧拉角来读取角度，并将其设置为固定值。不要增加它们。

因为当角度超过360度时会失败。应使用Transform.Rotate来执行旋转操作。

此处“角度超过360度时会失败”的理解是，Unity内部使用四元数去执行旋转，不会存储欧拉角的累计值，欧拉角只代表了等值的旋转变化结果，当旋转角度X超过360度时，存储的角度为X-360，例如，361度等同于1度。

同时，Unity API提醒我们不要单独设置一个欧拉角的参数（例如，Eulerangles.x=10；），这将导致错误的旋转，应当同时对x、y、z三个参数进行设置。

 

那么我们改变Unity物体层级面板上的欧拉角值，

物体绕的是世界坐标系旋转，还是物体本身坐标系旋转呢？

我们来测试看看：

 

1、绘制世界坐标系

将下方脚本挂载在物体上，显示的就是不会变化的世界坐标系

方便我们观察。

using UnityEngine;

public class WorldCoordinateSystem : MonoBehaviour
{
    void OnDrawGizmos()
    {
        Gizmos.color = Color.red;
        Vector3 direction = Vector3.right * 2; //世界坐标系的 轴向x
        Gizmos.DrawRay(transform.position, direction);
        Gizmos.color = Color.green;
        direction = Vector3.up * 2; //世界坐标系的 轴向y
        Gizmos.DrawRay(transform.position, direction);
        Gizmos.color = Color.blue;
        direction = Vector3.forward * 2; //世界坐标系的 轴向z
        Gizmos.DrawRay(transform.position, direction);
    }
}

现在下方显示的绿的长线，为Y轴，红色x、蓝色z。

 

2、旋转测试

将模型调成Local模式，现在显示模型的自身坐标轴

将模型角度调成（45,45,45），方便我们测试观察：

  

 

好的，现在我们既能在视图中看到模型自身的坐标，也能看到不动的世界坐标。

现在就来转一下Inspector的欧拉角值，看看模型到底是绕着哪些轴旋转。

 

1、旋转Y轴

我们发现，旋转Y轴是绕着世界坐标系进行旋转的，并不是绕自身坐标系！

 

2、旋转x轴

为便于观察，将z值设为0。

我们发现：旋转x轴，是绕着自身坐标系旋转的，并不是绕着世界坐标系旋转！

现在就发现了，改变层级面板的值，竟然不是绕着同一个坐标系进行旋转？！

 

3、旋转z值

我们发现：旋转z值，是绕着自身坐标系旋转。

 

那我们现在来想一下：

如果绕着同一套坐标系旋转，肯定不会出现旋转面重合，共面现象

但绕着两套坐标轴旋转，肯定有机会出现旋转面共面情况，丢失一个旋转自由度啊！

 

丢失自由度后，可不就出现万向锁了么，怎么转都不按想要的方向来了。

 

有的小老弟可能用的不是上述角度，发现并不是按照上面说的轴旋转，那这是怎么回事呢？

首先了解：

unity 3D欧拉角的旋转顺序是：z-x-y

就是说，你所做的任何旋转，都受前面的角度影响。

比如你修改了Z值，那现在调整X值，肯定不会绕着自身坐标系x轴旋转。

但你新建一个父物体，将z值角度给父物体，自身z值为0，再旋转一下x，是不是就像预期一样啦？

 

 

四、自由度是怎样丢失的？

上面我们提到了，Unity的旋转顺序是：z-x-y，

这叫做Unity的顺归：传送门

 

物体旋转（x，y，z）度，是先旋转z轴，再旋转x轴，最后y轴。

那么，当x为90度时，物体z轴与世界坐标y轴同线，

y轴绕着世界坐标系y轴旋转，z轴绕着自身坐标系z轴旋转，一切都没问题，

但不管旋转y还是z，会发现只在一个平面上进行旋转，现在丢失了一个旋转方向，产生了万向锁。

 

若此时用 transform.localEulerAngles 去控制物体旋转，改变的是层级面板上的值，是无法转到想要的角度的

这也是 transform.localEulerAngles 控制骰子旋转，无法达到想要的角度的问题原因。

 

下一节，我们开始讲解怎样解决万向锁的四元数！

国际惯例，一键三连走一波~

 

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