Unity精华☀️三、四元数(Quaternion)解决万向锁

本文涉及的产品
检索分析服务 Elasticsearch 版,2核4GB开发者规格 1个月
实时计算 Flink 版,5000CU*H 3个月
实时数仓Hologres,5000CU*H 100GB 3个月
简介: Unity精华☀️三、四元数(Quaternion)解决万向锁

本节为Unity万向锁系列的最后一节,

这一节我们就来解决这个难题:使用四元数旋转,避免Unity万向锁。

🟥 欧拉旋转 与 四元数旋转的对比

1️⃣ 欧拉旋转

代码示例:

    private void Update()
    {
        transform.eulerAngles+=new Vector3(1,1,1);
    }

优点:

  • 很容易理解,形象直观;
  • 表示更方便,只需要3个值(分别对应x、y、z轴的旋转角度);但按我的理解,它还是转换到了3个3*3的矩阵做变换,效率不如四元数;

缺点:

  • 之前提到过这种方法是要按照一个固定的坐标轴的顺序旋转的,因此不同的顺序会造成不同的结果;
  • 会造成万向节锁(Gimbal Lock)的现象。这种现象的发生就是由于上述固定坐标轴旋转顺序造成的。理论上,欧拉旋转可以靠这种顺序让一个物体指到任何一个想要的方向,但如果在旋转中不幸让某些坐标轴重合了就会发生万向节锁,这时就会丢失一个方向上的旋转能力,也就是说在这种状态下我们无论怎么旋转(当然还是要原先的顺序)都不可能得到某些想要的旋转效果,除非我们打破原先的旋转顺序或者同时旋转3个坐标轴;
  • 由于万向节锁的存在,欧拉旋转无法实现球面平滑插值;
想要的运动 遇到万向锁,欧拉角无法差值运算

代码:

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C))
        {
            transform.localEulerAngles=Vector3.zero;
            transform.DOLocalRotate(new Vector3(90, 90, 90), 0.5f);
        }

2️⃣ 四元数旋转

优点:

  • 可以避免万向节锁现象;
  • 只需要一个4维的四元数就可以执行绕任意过原点的向量的旋转,方便快捷,在某些实现下比旋转矩阵效率更高;
  • 可以提供平滑插值;
四元数遇到万向锁可提供平滑的差值运算

代码:

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.C))
        {
            transform.localEulerAngles = Vector3.zero;
            transform.DOLocalRotateQuaternion(Quaternion.Euler(new Vector3(90, 90, 90)), 0.5f);
            //或者:
            transform.Rotate(new Vector3(0, 90, 0));
        }

缺点:

  • 比欧拉旋转稍微复杂了一点点,因为多了一个维度;
  • 理解更困难,不直观;

🟧 四元数旋转方法

1️⃣ Dotween,插值到目标欧拉角

Dotween的四元数旋转,是先将要旋转到的目标欧拉角,转化为四元数,

再进行旋转。

举例:

transform.DOLocalRotateQuaternion(Quaternion.Euler(new Vector3(90, 90, 90)), 0.5f);

2️⃣ Quaternion.Slerp,插值到目标欧拉角

先将欧拉角转化为四元数,

再插值运算到目标欧拉角。

    public float rotateSpeed = 2f;
    Quaternion targetAngels;
 
    private void Start()
    {
        targetAngels = Quaternion.Euler(0, 90f, 0);
    }
 
    void Update()
    {
        //  用 slerp 进行插值平滑的旋转
        transform.rotation = Quaternion.Slerp(transform.rotation, targetAngels, rotateSpeed * Time.deltaTime);
        // 当初始角度跟目标角度小于1,将目标角度赋值给初始角度,让旋转角度是我们需要的角度
        if (Quaternion.Angle(targetAngels, transform.rotation) < 1)
        {
            transform.rotation = targetAngels;
        }
    }

3️⃣ Rotate,绕自身坐标系旋转

将物体,绕自身的动态坐标系,旋转x角度。

举例:

transform.Rotate(new Vector3(0, 90, 0));
//或者:
transform.Rotate(0, 90, 0, Space.Self);
//或者:
transform.Rotate(new Vector3(0, 90, 0), Space.Self);

4️⃣ Rotate,绕世界坐标系旋转

将物体,绕世界的静态坐标系,旋转x角度。

举例:

transform.Rotate(90, 0, 0, Space.World);
//或者:
transform.Rotate(new Vector3(0, 90, 0), Space.World);

🟨 四元数和欧拉角的相互转换

1️⃣ 四元数转化成欧拉角

Vector3 v3=transform.rotation.eulerAngles;

2️⃣ 欧拉角转换成四元数

Quaternion rotation = Quaternion.Euler(v3);


相关文章
|
8天前
|
NoSQL 关系型数据库 MySQL
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(17)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
如何通过php和python客户端来操作Redis数据库等保姆式具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(13)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis之Nosql数据库分类、存储类型、特点;Redis 作用、与其他库的对比、使用场景以及如何部署、安装等具体详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
15天前
|
弹性计算 安全 Python
编程之美:几行代码带你走进雪的世界
冬季来临,用Python的`turtle`库绘制美丽的雪花图案。代码包括设置绘图窗口、定义雪花颜色、绘制雪花的递归函数以及绘制多个随机位置和大小的雪花。运行代码,享受雪花飘落的视觉盛宴。
|
8天前
|
NoSQL 关系型数据库 MySQL
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(16-5)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis数据类型之ZSet类型及相关命令如:SADD/SMEMBERS/SCARD/SISMEMBER、ZRANGEBYSCORE/ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE、ZREVRANGE/ZREVRANGEBYSCORE/ZREVRANK等命令具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
NoSQL 关系型数据库 Redis
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(18)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis 如何高级应用之密码防护、数据持久化、基于文件追加方式持久化、主从同步、消息订阅类型与之对应的命令、事务从开始到执行会经历以下三个阶段、多数据库等保姆式具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(15)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
2024全网最全切最为详细的Redis库配置;你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽
|
8天前
|
NoSQL 关系型数据库 MySQL
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(16-3)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis数据类型之List类型语法格式说明表及LPUSH/LPUSHX/LRANGE、LPOP/LLEN、LREM/LSET/LINDEX/LTRIM、LINSERT RPUSH/RPUSHX/RPOP/RPOPLPUSH等具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
NoSQL 关系型数据库 MySQL
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(19)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis应用场景之取最新N个数据的操作、精准设定过期时间、计数器应用、Uniq操作,获取某段时间所有数据排重值、Pub/Sub构建实时消息系统等保姆式具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(16-2)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis数据类型之Hash类型及NCR/DECR/INCRBY/DECRBY、 GETSET、SETNX、SETRANGE/GETRANGE、SETBIT/GETBIT、MSET/MGET/MSETNX等具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法
|
8天前
|
存储 NoSQL 关系型数据库
2024 RedisAnd Mysql基础与进阶操作系列(16-4)作者——LJS[你个小黑子这都还学不会嘛?你是真爱粉嘛?真是的 ~;以后请别侮辱我家鸽鸽]
Redis数据类型之Set类型及相关命令如:SADD/SMEMBERS/SCARD/SISMEMBER、SPOP/SREM/SRANDMEMBER/SMOVE、SDIFF/SDIFFSTORE/SINTER/SINTERSTORE 等具体操作详解步骤;举例说明、注意点及常见报错问题所对应的解决方法