Unity3d數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之坐標系

笛卡爾坐標系的定義 :
1盖淡、每個2D笛卡爾坐標系都有一個特殊的點著隆,稱為原點(0,0)它是坐標系的中心离唬。
2后专、每個2D笛卡爾坐標系都有兩條過原點的直線向兩邊無限延伸,稱為输莺,兩個軸互相垂直戚哎。
笛卡爾坐標系定位
坐標系是一個精確定位點的框架裸诽。為了在笛卡爾坐標系中定位點,引入了笛卡爾坐標的概念型凳。在2D平面中丈冬,兩個數(shù)(x,y)就可以定義一個點。坐標的每個分量都表明了該點與原點之間的距離和方位甘畅,每個分量都是到相應(yīng)軸的有符號距離埂蕊。如下圖所示,x分量表示該點到y(tǒng)軸的有符號距離疏唾,同樣y分量表示該點到x軸的有符號距離蓄氧。“有符號距離”指在某個方向上距離為正荸实,而在相反方向為負匀们。

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3D坐標系:
3D坐標系表示三維空間系,3D坐標系存在三個軸准给,比2D坐標系多了一個Z軸,3個軸相互垂直泄朴,也就是沒個軸都有垂直于其他兩個軸。在3D坐標系中點位需要3個數(shù):x露氮、y祖灰、z.

左手坐標系、右手坐標系:
3d坐標系存在兩種完全不同的坐標系畔规,左手坐標系和右手坐標系局扶。如果屬于相同的坐標系,可以通過旋轉(zhuǎn)來重合叁扫,否則是不可以重合的三妈。兩個坐標系之間沒有好壞,之是應(yīng)用與不懂的場景莫绣。 計算機中使用左手坐標系畴蒲,線性代數(shù)中使用右手坐標系。
多坐標系:
為什么使用多坐標系对室?因為在不同的情況下使用不同的坐標系更加的方便模燥。某些信息只有在特定的上下文環(huán)境中獲得。
一些有用的坐標系:
1掩宜、世界坐標系:是一個特殊的坐標系蔫骂,它建立了描述其他坐標系所需要的參考框架,另一方面說牺汤,能用時間坐標系描述其他坐標系的位置辽旋,而不能用更大的坐標系來描述世界坐標系。
2、物體坐標系:特定物體相關(guān)聯(lián)的坐標系补胚。當物體位移或改變方向時固该,和該物體相關(guān)的坐標系也隨之移動和改變方向。比如告訴你“向前走一步”糖儡,則是向你的物體坐標系發(fā)指令≌唬“前”握联、“后”、“左”每瞒、“右”這樣的概念只有物體坐標系才有意義金闽。“向左轉(zhuǎn)”是物體坐標系剿骨,“向東”則是世界坐標系代芜。有時物體坐標系也稱作模型坐標系,模型頂點的坐標都是在模型坐標系中描述的浓利。
3挤庇、攝像機坐標系:觀察者密切相關(guān)的坐標系。攝像機坐標系被看作是一種特殊的物體坐標系贷掖,該物體坐標系定義攝像機的屏幕可視區(qū)域嫡秕。在攝像機坐標系中,攝像機在原點苹威,x軸向右昆咽,z軸向前,y軸向上牙甫。一個攝像機坐標系如下圖所示掷酗。關(guān)于攝像機坐標系的軸向約定可能不同。許多圖形學(xué)書中習(xí)慣用右手坐標系窟哺,z軸向外泻轰,即從屏幕指向讀者。2D屏幕上顯示的內(nèi)容就是3D攝像機坐標系通過投影轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)的脏答。

4糕殉、慣性坐標系:為了簡化世界坐標系到物體坐標系之間的轉(zhuǎn)換,才有了慣性坐標系殖告。慣性坐標系的原點和物體坐標系的原點重合阿蝶,但慣性坐標系的軸平行于世界坐標系軸。所以從物體坐標系轉(zhuǎn)換為慣性坐標系只需要旋轉(zhuǎn)黄绩,從慣性坐標系到世界坐標系只需要平移羡洁。

5、嵌套坐標系:3D虛擬世界中每個物體都有自己的坐標系———-自己的原點和坐標軸爽丹。每個模型都有自己的原點和坐標軸筑煮,模型的子物體就是在這個嵌套坐標系中辛蚊。

物體坐標系到世界坐標系的轉(zhuǎn)換:


1、旋轉(zhuǎn)物體坐標系到慣性坐標系真仲。將物體坐標軸旋轉(zhuǎn)到與慣性坐標系重合袋马。

2、將慣性坐標系原點平移至世界坐標系秸应。

關(guān)于Unity的一些坐標系的知識:
Unity是左手坐標系
世界坐標系:我們在場景中添加物體(如:Cube)虑凛,他們都是以世界坐標顯示在場景中的。transform.position可以獲得該位置坐標软啼。
屏幕坐標系:以像素來定義的桑谍,以屏幕的左下角為(0,0)點祸挪,右上角為(Screen.width锣披,Screen.height),Z的位置是以相機的世界單位來衡量的贿条。注:鼠標位置坐標屬于屏幕坐標雹仿,Input.mousePosition可以獲得該位置坐標,手指觸摸屏幕也為屏幕坐標整以,Input.GetTouch(0).position可以獲得單個手指觸摸屏幕坐標盅粪。
繪制GUI界面的坐標系:這個坐標系與屏幕坐標系相似,不同的是該坐標系以屏幕的左上角為(0悄蕾,0)點票顾,右下角為(Screen.width,Screen.height)帆调。
視口坐標系:視口坐標是標準的 相對于相機的奠骄。相機的左下角為(0,0)點番刊,右上角為(1含鳞,1)點,Z的位置是以相機的世界單位來衡量的芹务。
世界坐標→屏幕坐標:camera.WorldToScreenPoint(transform.position);這樣可以將世界坐標轉(zhuǎn)換為屏幕坐標蝉绷。其中camera為場景中的camera對象。
屏幕坐標→視口坐標:camera.ScreenToViewportPoint(Input.GetTouch(0).position);這樣可以將屏幕坐標轉(zhuǎn)換為視口坐標枣抱。其中camera為場景中的camera對象熔吗。
視口坐標→屏幕坐標:camera.ViewportToScreenPoint();
視口坐標→世界坐標:camera.ViewportToWorldPoint();

using UnityEngine; 
using System.Collections; 
public class Position : MonoBehaviour
{ 
    //場景的相機,拖放進來         
    public Camera camera;

    //場景的物體        
    private GameObject obj;

    void Start()
    {
         //初始化         
        obj = GameObject.Find("Plane");
    } 
    void Update()
    { 
        if (Input.GetMouseButtonDown(0))
        {
            print("世界坐標" + obj.transform.position);
 
            print("屏幕坐標" + Input.mousePosition);
 
            print("Plane 世界坐標→屏幕坐標" + camera.WorldToScreenPoint(obj.transform.position));
 
            print("鼠標屏幕坐標→視口坐標" + camera.ScreenToViewportPoint(Input.mousePosition));
 
            print("Plane 世界坐標→視口坐標" + camera.WorldToViewportPoint(obj.transform.position));
        } 
    } 
}
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