UnityVR--组件1--Camera--第三人称相机控制

    相机Camera，是场景中最重要的GO，它的作用是在屏幕上渲染整个或部分二次元世界，代替了人类的眼睛。本篇将实现相机跟随主角移动的过程，使用的API有：三维向量类的Vector3.Distance、Vector3.Angle；数学类的Mathf.Clamp；输入系统的Input.GetAxis，用于得到鼠标或者键盘的输入信息；插值计算的Vector3.Lerp、Quaternion.Lerp等工具。

目录

1. Camera的应用

2. Camera的参数设置

3. 第三人角度的Camera场景结构和功能分析

4. 脚本实现

5. 完整脚本CameraCtrl

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1. Camera的应用

    Camera的重要性不需要多说，每个场景中至少要有一个Camera，不然在任何显示终端都看不见任何关于场景的渲染。从实际应用来看，Camera主要有以下几个应用场景：

  （1）场景中代替玩家的眼睛

  第一人视角（这是VR中的）：

  第三人视角

  （2）制作小地图

  （3）UI应用——UICamera：专门对着拍摄UI控件的摄像机，UI控件中

  （4）Cinemachine制作片头、切换视角

2. Camera的参数设置

官方文档的Camera参数解释：Camera component - Unity 手册 (unity3d.com)

实际应用中以下几项为重点参数：

 （1）Culling Mask：包含或忽略要由摄像机渲染的对象层。在检视面板中将层分配到对象。

这些对象层是通过Layer来分配的，选定这一层的对象（GO）会被显示到相应的Camera中。

（2）Clipping Planes:开始和停止渲染位置到摄像机的距离，Near为相对于摄像机的最近绘制点。Far为相对于摄像机的最远绘制点。如果Far值非常大时，渲染的内容就会很多，对于GPU的要求也会非常高。

（3）Viewport Rect：通过四个值指示将在屏幕上绘制此摄像机视图的位置。在视口坐标中测量（值为 0–1）。其中：X为绘制摄像机视图的起始水平位置；Y为绘制摄像机视图的起始垂直位置；W和H分别为屏幕上的摄像机输出的高度和宽度。

  以小地图的摄像机显示为例，这是它的XYWH的显示

 

   （4）Depth:  摄像机在绘制顺序中的位置。具有更大值的摄像机将绘制在具有更小值的摄像机之上。默认的摄像机为-1

  （5）Target Display: 定义要渲染到的外部设备。值为 1 到 8 之间。这与Game窗口的Display设置向匹配

3. 第三人角度的Camera场景结构和功能分析

  第三人视角的游戏，一般的结构如下：

  （1）功能分析：1. Camera始终跟随在主角背后的一定距离（Distance），并初始有一定的俯仰角度；2. 用鼠标点击电脑屏幕，Camera随鼠标给的位置旋转视角。

  这两个功能分别的实现步骤：

  （2）实现跟随：1. 计算distance：相机的目标(就是主角)与相机之间的距离；2. 计算相机将要移动到的位置：目标的新位置与distance的差，方向朝向目标。

  （3）实现旋转：1. 获取鼠标点击的水平、竖直方向的位置变化；2. 相机根据鼠标变化数值，绕X、Y轴旋转（Z方向不转）；3. 限制Y方向的旋转角度 

4. 脚本实现：

（1）相机跟随：

  第一步：在Start()中，使用Vector3.Distance获取目标和相机间的距离，这是一个float值：

distance = Vector3.Distance(Target.transform.position, transform.position);

  并记录一下相机的初始角度：

rotation=transform.rotation;

  第二步：在Update（）中，计算当时的相机需要到达的位置：

resultPosition = Target.transform.position - rotation*Vector3.forward * distance;

  其中，rotation*Vector3.forward 是给了distance一个向前的方向。

*向量叉乘的意义：方向为两向量的组成平面的法向量方向，大小为两向量组成的平行四边形的面积。

  第三步：将这个计算的目标位置赋值给相机：

transform.position=resultPosition;

  不过直接赋值后，运行结果非常的生硬，还是给它一个线性插值，相机跟随就平滑一些：  

transform.position = Vector3.Lerp(transform.position, resultPos, Time.DeltaTime);

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*Lerp-线性插值，Vector3类和Quaternion类都有这个方法，定义为：

public static Vector3 Lerp (from : Vector3, to : Vector3, t : float)

  两个向量之间的线性插值。按照数字t在from到to之间插值。t是夹在0到1之间。当t=0时，返回from。当t=1时，返回to。当t=0.5时放回from和to之间的平均数

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运行结果如下：

 （2）相机旋转：

  第一步：记录相机的X、Y方向的初始角度angleX、angleY，使用的是Vector3中一个十分实用的API：Vector3.Angle。以下得到的就是初始相机和X、Y轴的夹角，返回的是float值；

        angleX = Vector3.Angle(transform.right, Vector3.right);
        angleY = Vector3.Angle(transform.up, Vector3.up);

  第二步：在Update()中得到鼠标的水平和垂直的变化数值，这个数值也是float值，并将这两个数值计入一个二维向量inputPos中；

        inputPos.x = Input.GetAxis("Mouse X");
        inputPos.y = Input.GetAxis("Mouse Y");

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*Input：管理所有的键盘、鼠标或其他一切外设的输入设置，比如之前在第一人控制器中使用的Input.GetKey(KeyCode.A)，就是取得键盘输入的API。Input中的设置可以在unity中的Edit菜单->ProjectSettings->InputManager中调整：

  比如上面获取到的X方向的输入，就是获取了Mouse X的输入值，也就是鼠标在x方向上的移动变化。新版的Input管理可连接的外设更多，包括游戏手柄、XR设备等，以后开一篇细说（挖坑）。

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  第三步：判断是否有鼠标(“0”值指的是左键)点击屏幕，如果有，就根据XY轴的输入值，调整相机的XY轴旋转，注意，这个旋转的方向、速度(rotateSpeed)等都需要根据实际情况自行调整，调整到一个用户舒适的状态。当然，旋转时也可以使用Lerp做平滑过渡；

        if(Input.GetMouseButton(0))
        {
            angleX += inputPos.x*rotateSpeed*Time.deltaTime;
            angleY += inputPos.y * rotateSpeed* Time.deltaTime;
            rotation = Quaternion.Euler(yAngle, xAngle, 0); 
        }

效果如下：

   第四步：限制角度。在实际应用中，一般俯仰角度（X轴）是不能360度旋转的，所以要使用数学类中的钳制Clamp方法限制一下，这里的最大值最小值也是需要测试确定的；

yAngle = Mathf.Clamp(yAngle, yAngleMin, yAngleMax);

5. 完整脚本CameraCtrl：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//对象：MainCamera
//作用：
//1. 主相机跟随某一对象，使用差值Lerp做平滑跟随处理
//2. 点击鼠标左键，根据鼠标的位置调整相机旋转

public class CameraCtrl : MonoBehaviour
{   
    public GameObject Target;   //载入Camera跟随的对象
    
    private float distance;         //主角与相机之间的距离
    private Quaternion rotation;    //相机的旋转角度
    private Vector3 resultPos;      //相机需要移动到的位置
    private Vector2 inputPos;       //获取鼠标位置
    private float angleX;           //相机旋转的水平角度
    private float angleY;           //相机旋转的垂直角度
    public float rotateSpeed = 50;  //旋转速度，需要测试得知
    public int yAngleMin = 10;      //限制最小角度，需要测试得知
    public int yAngleMax = 90;      //限制最大角度，需要测试得知

    void Start()
    {
        distance = Vector3.Distance(Target.transform.position, transform.position);
        rotation = transform.rotation;

        //初始的相机水平和垂直角度
        xAngle = Vector3.Angle(Vector3.right, transform.right);
        yAngle = Vector3.Angle(Vector3.up, transform.up);
    }

    void Update()
    {

    }
    private static float angleClamp(float angle, float min, float max)
    {//一个限制角度最大最小值的方法
        if (angle < -360)
            angle += 360;
        if (angle > 360)
            angle -= 360;
        return Mathf.Clamp(angle, min, max);
    }
    void FixedUpdate()
    {   //相机跟随在主角移动之后，因此可以使用LateUpdate()
        //如果需要相机与Hero紧密跟随，没有时差
        //可将相机跟随也和Hero移动一样，写在FixedUpdate()中
        //但是需要在系统中设置脚本运行先后顺序


        //获取鼠标位置
        inputPos.x = Input.GetAxis("Mouse X");
        inputPos.y = Input.GetAxis("Mouse Y");

        if (Input.GetMouseButton(0))  //判断鼠标左键是否按下
        {   //实现Camera旋转
            angleX += inputPos.x * rotateSpeed * Time.fixedDeltaTime;
            angleY += inputPos.y * rotateSpeed * Time.fixedDeltaTime;
            angleY = angleClamp(angleY, angleMin, angleMax);//相机旋转角度限制

            //使用插值平滑旋转
            transform.rotation = Quaternion.Lerp(transform.rotation, Quaternion.Euler(angleY,angleX ,0),Time.fixedDeltaTime*5);
        }

        resultPos = Target.transform.position - rotation*Vector3.forward * distance;
        //求出相机的位置，主角位置减去(主角与相机之间的举例distance*方向)
        //rotation乘，是给一个相机的旋转，否则为0
        //注意rotation乘的顺序，与变量类型有关系

        //差值跟随的方法
        transform.position = Vector3.Lerp(transform.position, resultPos, Time.fixedDeltaTime);
    }
}