Unity 以一定角速度转向动态目标的旋转方式对比

Posted 2020-12-16 koshio0219

1.欧拉角旋转

public void Rotate(Vector3 eulers, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);

就容易想到的就是transform.Rotate方法：

 1 RotationObj.transform.Rotate(Vector3.up * Palstance * Time.deltaTime); 

其中Palstance代表角速度。

但很快就会发现这个方法有2个很大的缺陷：

①需要利用cross值（叉积）来手动判断是绕旋转轴逆时针还是顺时针旋转

如果叉积为正，说明目标体在旋转体右侧，需顺时针旋转；

如果叉积为负，说明目标体在旋转体左侧，需逆时针旋转

具体判断如下：

 1         var cross = Vector3.Cross(RotationObj.transform.forward, offset).y;
 2         if (cross > 0)
 3         {
 4             //右
 5             if (Palstance < 0)
 6             {
 7                 Palstance = -Palstance;
 8             }
 9         }
10         else if (cross < 0)
11         {
12             //左
13             if (Palstance > 0)
14             {
15                 Palstance = -Palstance;
16             }
17         }

其中offset代表目标体与旋转体坐标间的向量。

②难以判断何时应该停止旋转，且角速度过大时很容易造成在到达目标向量附近来回鬼畜旋转

一般的考虑是，当旋转体的前方向向量transform.forward与offset小于一定阈值时停止旋转，例如：

1         var angle = Vector3.Angle(RotationObj.transform.forward, offset);
2         if (angle < .1f) 
3             return ;

但当角速度过快时，很容易错过[0,0.1]这一角度范围，但如果把范围设置过大，有没办法精准对齐，于是就造成了在目标向量附近来回鬼畜旋转的状况；

当然了，也可以用一种非常生硬的方式来解决：

1         //基于当前角速度一帧内最大的旋转角度
2         if (angle < Palstance * Time.deltaTime)
3         {
4             RotationObj.transform.forward = offset;
5         }

即设置另一个阈值范围（并且这个阈值范围最好和当前角速度正相关，可以计算出基于当前角速度一帧内最大的旋转角度进行设置），当小于该阈值范围时直接瞬切，因为本来就是在一帧内的角度运动，所以不会有任何违和感。

也可以考虑将判定范围与该旋转阈值设置为同一个。完整旋转方式如下：

 1         //基于当前角速度一帧内最大的旋转角度
 2         if (angle < Palstance * Time.deltaTime)
 3         {
 4             RotationObj.transform.forward = offset;
 5             return;
 6         }
 7 
 8         var cross = Vector3.Cross(RotationObj.transform.forward, offset).y;
 9         if (cross > 0)
10         {
11             //右
12             if (Palstance < 0)
13             {
14                 Palstance = -Palstance;
15             }
16         }
17         else if (cross < 0)
18         {
19             //左
20             if (Palstance > 0)
21             {
22                 Palstance = -Palstance;
23             }
24         }
25         RotationObj.transform.Rotate(Vector3.up * Palstance * Time.deltaTime);

上面的方式经过调整后虽然能够实现准确转向，但看上去并不简单直接，那有没有更简洁快速的旋转方式呢。

 

2.插值旋转

Lerp(a,b,t)；

旋转朝向实际上可以认为是对transform.forward进行关于角速度的插值变化：

 1 RotationObj.transform.forward = Vector3.Lerp(RotationObj.transform.forward, offset, Time.deltaTime * Palstance / angle).normalized; 

Time.deltaTime/(angel/Palstance)=Time.deltaTime * Palstance / angle;

利用当前角度与角速度相除计算出当前帧率下的预计旋转时间，随后用当前帧率与预计旋转时间的比值来对两个向量进行插值。

这种方法非常简单，但也有一个问题是没办法做到匀速旋转，角色的朝向，当前帧速率和角度可能会随时发生变化。

 

3.四元数旋转

1         Quaternion q = Quaternion.LookRotation(offset);
2         RotationObj.transform.rotation = Quaternion.RotateTowards(RotationObj.transform.rotation, q, Palstance * Time.deltaTime);

四元数类中自带朝向旋转的方法，但需要先转换出目标向量对应的四元数。该方式可以实现匀速率旋转。