Unity精华☀️到底是什么原因导致“万向锁”？旋转翻车的终极解析！

Posted 2021-05-13 橙子SKODE

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Unity精华☀️到底是什么原因导致“万向锁”？旋转翻车的终极解析！相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

哈喽大家好，你的橙哥突然出现~

本系列博客地址：传送门

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。