[学习心得] 旋转 (欧拉角,万向锁,四元数）

声明：此篇文章是个人学习心得，并非教程。不保证百分百正确，仅供参考。如有错误，欢迎指出。谢谢！

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 欧拉角

        想必不少小伙伴和我一样刚开始处理游戏物体旋转时候，都是在Inspector面板上去调整然后再在Scene面板观察。以至于后面开始用脚本处理旋转时候，觉得就是用面板上这三个角度。而这面板上表示旋转的数值就是欧拉角

Inspector面板下的Transform组件

        而刚开始用脚本去旋转游戏物体的时候，我们发现旋转赋值不是一个Vector3类型。而是四元数。

刚开始学Rotation

        而那时候一听四元数就觉得麻烦。百度找了半天。最后用transform.Rotate的API来解决旋转，期间发生了好多莫名其妙的错误。而最近才学习到，这些错误都是万向锁引起的。

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万向锁

        个人理解为由于各个轴之间存在子父级关系，导致变化的时候，并不是所有轴都跟着某个轴变化而变化，就导致了两个轴重叠等问题。而欧拉角本身的意义是变化，而不是转换(运动)。它本身只注重最终展现给我们的姿态，而不是期间的过程。例如

我们想要/以为的：物体沿x轴旋转10°，再y轴旋转90°，再x轴旋转70°。

可以清楚看到最后沿x轴旋转70°的时候，物体不是绕x轴

        实际发生的：物体沿x轴旋转80°，再y轴旋转90°。

        这里就不过多阐述万向锁的原因和定义了。感兴趣的小伙伴们可以自己百度看看。以下是万向锁产生的部分错误旋转情况。

万向锁导致的错

        情况一

        明明脚本中没有涉及到某个轴的旋转，运行却发现未涉及到旋转的轴也在变化。

为了方便直观看到错误，给游戏物体挂了对应脚本。

可以看到：明明没有涉及到Z轴的旋转，却出现了三个轴一起旋转。

         情况二

        当旋转到某些特定角度时候，出现丢失轴的情况。

可以看到，旋转X轴90°时，Y轴和Z的旋转变成了相同的轴旋转。
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四元数

        四元数从名字上就可以知道，是由四个数组成的。

        由于使用欧拉角去旋转物体可能会导致万向锁的情况。所以最好还是用四元数来操作，且Unity官方也有相关建议(末尾总结贴上相应文档截图)

        那怎样用四元数怎么用呢？以下是我目前碰到过的项目需求。（后续有其他心得体会再更新）

四元数使用：

        情况一：已知旋转角度，想要旋转对应度数。

        //假设需要X轴旋转60°
        Vector3 rotateEuler = new Vector3(60, 0, 0);    //定义一个Vector3变量，来当作已知的数据。
        Quaternion rotate = Quaternion.Euler(rotateEuler);    //将Vector3类型转换为四元数类型
        transform.rotation = rotate;    //直接赋值转换的四元数类型

        情况二：想要向某个游戏物体看去。(除去transform.lookat的API)我们也可以用四元数实现

//假设要向摄像机看去
transform.rotation = Quaternion.LookRotation(Camera.main.transform.position-transform.position);    //被减向量To，减数向量是From（从From向To看去）

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 总结

              

          Unity旋转物体时，应使用四元数及其函数来创建和修改旋转值。使用欧拉角是有可能出现意料之外的错误。

Unity官方文档的建议