《學Unity的貓》——第七章：Transform的魔力，超越光速的移動

7.1 超過光速的移動

我：“皮皮，你知道真空光速是多少嗎？”
皮皮：“你以為我是百科全書呀？不過我知道，目前所知的物理定律里，光速是無法超越的，連我們貓族也無法超越這個速度，”
我：“真空中的光速是299792458米/秒，大約300000米/毫秒，在Unity中，你信不信我可以超越光速？”
皮皮：“真的假的？”
我打開Unity，說：“真的，不信我可以證明給你看，”
首先，創建一個Cube，

接著，創建一個腳本TransformTest.cs，

代碼如下：

using System.Diagnostics;
using UnityEngine;

public class TransformTest : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        // 檢測空白鍵按下
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            // 使用Stopwatch測量運行時間
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            // 時間測量開始
            sw.Start();
            // 執行設定坐標
            SetPos();
            // 時間測量結束
            sw.Stop();
			// 輸出日志
            UnityEngine.Debug.Log("總耗時: " + sw.ElapsedMilliseconds);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 設定坐標
    /// </summary>
    void SetPos()
    {
        // 臨時快取transform物件
        Transform selfTransform = transform;
        // 回圈執行10000次，看總耗時，在計算單次的運行時間
        for (int i = 0; i < 100000; ++i)
        {
            selfTransform.position = Vector3.one * i;
        }
    }
}

注：上面代碼中，我用到了Stopwatch這個類，用它可以精確測量函式的運行時間，

將TransformTest腳本掛到Cube上，

運行Unity，按下空白鍵，可以在console視窗中看到日志輸出，

由此可得，執行10000次的position操作，耗時8毫秒，折算一下，1毫秒可以執行position操作1250次，而真空光速是約300000米/毫秒，300000除以1250等于240，也就是說，只要一次position操作的距離超過240即可超過光速啦，如下：

// 設定初始坐標為Vector3.zero，即(0, 0, 0)
transform.position = Vector3.zero;
//從坐標(0, 0, 0)移動到(241, 0, 0)，根據上面的計算，這個移動已經超過光速了
transform.position = new Vector3(241, 0, 0);

皮皮：“真是不可思議呀，電腦的運行速度這么快，”
我：“不過這是虛擬世界里的速度，真實的物理世界，光速還是無法超越的，另外需要注意一點，不同計算機的CPU主頻不同，運行速度不同，比如上面執行10000次的position操作耗時8毫秒，可能別的性能差一點的電腦就要耗時14毫秒，那么最后算出值就不同了，”
皮皮：“剛剛看代碼，里面設定position坐標要通過Transform物件，這個Transform是什么呀？”

7.2 初識Transform類

我：“Transform是Unity中非常非常重要的一個類，所有的GameObject物件都有一個Transform組件，你創建一個空物體的時候，就會看到它就已經自帶了一個Transform組件”

我指著Inspector視圖中的Transform組件，“你猜猜這個Transform組件到底是用來干嘛的？”
皮皮：“我看出來了，它是用來設定坐標、旋轉角度和縮放的，”
我：“沒錯，一個GameObject必然會有一個坐標、旋轉角度和縮放，所以Transform組件是必須的，不過呢，后面Unity官方引入了ECS框架，在ECS框架中，一個物體Entity可以沒有Transform，現在你只需記住，Transform組件可以用來設定游戲物件的坐標、旋轉角度和縮放，”
更深入一些，我們看一下Transform常用的屬性和函式吧，

7.3 Transform的屬性

皮皮：“這么多我該怎么記呀？”
我：“多寫多練，用多了你就記住啦，我給你示范幾個例子吧，”

7.3.1 設定坐標

設定世界坐標：position

// 設定世界坐標
transform.position = new Vector3(100, 0, 0);

設定區域坐標：localPosition

// 設定區域坐標
transform.localPosition = new Vector3(100, 0, 0);

皮皮：“什么是世界坐標和區域坐標呀？”
我：“世界坐標就是以世界坐標系為參考的坐標，區域坐標（或叫本地坐標）就是以本地坐標系為參考的坐標，三維坐標系由x、y、z個軸組成，我們一般分為左手坐標系和右手坐標系，老皮，你看看Unity采用的是左手坐標系還是右手坐標系呢？”

皮皮舉起了它的爪子，分不清左右，
我：“哈哈哈，我直接告訴你吧，Unity采用的是左手坐標系，不管是世界坐標系還是區域坐標系，它們都是左手坐標系，通過坐標系，我們就可以使用坐標值表示任意一個位置，世界有一個坐標系，游戲物件本身也有一個坐標系，游戲物件可以嵌套形成父子節點關系，當游戲物件有父節點的時候，相對父節點的坐標就是區域坐標localPosition，它相對世界坐標系的坐標就是世界坐標position，當游戲物件沒有父節點的時候，或者可以理解為它此時的父節點就是世界，此時區域坐標localPosition就會等于世界坐標position，”
皮皮指著Inspector視圖問：“那Inspector視圖中的Position到底是世界坐標還是區域坐標呀？”

我：“Inspector視圖中的Position顯示的是區域坐標，如果游戲物件沒有父節點，那么區域坐標就會等于世界坐標，此時Position顯示的既是區域坐標也是世界坐標，”
皮皮：“那Rotation和Scale也是同理嗎？”
我：“是的，你已經學會觸類旁通了呀，不錯不錯，”

7.3.2 設定旋轉角度

設定旋轉角度有兩種方式，一種是歐拉角，一種是四元數，
設定區域歐拉角旋轉：localEulerAngles

// 設定區域歐拉角
transform.localEulerAngles = new Vector3(100, 0, 0);

設定區域四元數旋轉：localRotation

// 設定區域四元數旋轉
transform.localRotation = Quaternion.Euler(new Vector3(100, 0, 0));

皮皮：“為什么要弄兩套旋轉方法呢？”
我：“這里就要理解歐拉角的原理以及它的問題，它的主要問題會引發萬向鎖問題，還有，它做差值運算不合理，為了解決這些問題，人們發明了四元數來表示旋轉，后面我再單獨講講這部分的內容，這里你只需看懂如何通過代碼設定旋轉角度即可，”

7.3.3 設定縮放

設定縮放，為原始的2倍

transform.localScale = Vector3.one * 2;

皮皮：“我看到縮放還有一個叫lossyScale，它與localScale有什么關系呢？”
我：“localScale是本地坐標系中的縮放，lossyScale是世界坐標系中的縮放，類似于localPosition與position的關系，不過lossyScale是只讀的，我們不能對它進行賦值，實際專案中lossyScale比較少用到呢，”

7.3.4 設定朝向

設定物體的x軸與向量(1, 1, 0)朝向一致，

transform.right = new Vector3(1, 1, 0);

設定物體的y軸與世界坐標系的y軸朝向一致，

transform.up = Vector3.up;

設定物體的z軸與主攝像機的z軸反方向，

transform.forward = -Camera.main.transform.forward;

7.3.5 設定父節點

// 創建父游戲物件 parentGo
GameObject parentGo = new GameObject("parentGo");
// 創建子游戲物件 childGo
GameObject childGo = new GameObject("childGo");
// 設定 childGo 的父物件為 parentGo
childGo.transform.parent = parentGo.transform;

注意，parent是一個Transform，不是GameObject哦，

7.4 Transform的函式

皮皮：“按照慣例，show me code，”

7.4.1 移動物體

函式原型：

public void Translate(float x, float y, float z);
public void Translate(float x, float y, float z, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);
public void Translate(Vector3 translation);
public void Translate(Vector3 translation, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);
public void Translate(float x, float y, float z, Transform relativeTo);
public void Translate(Vector3 translation, Transform relativeTo);

示例：
向本地坐標系的x軸正方向移動1米

m_selfTrans.Translate(1, 0, 0, Space.Self);

注：Unity中，坐標軸上的1個單位長度的距離表示真實世界中的1米距離

皮皮：“舉手提問，這個Translate移動與直接設定localPosition坐標有什么區別呢？”
我：“設定localPosition是直接設定最終的目標位置，而Translate方法相當于是一個增量操作，是基于當前坐標進行一個增量移動，”
皮皮：“提問，引數Space relativeTo是什么意思呀？”
我：“這個是參考系，Space是一個列舉，很好理解，Space.World是以世界坐標系為參考，Space.Self是以本地坐標系為參考，”

public enum Space
{
	World = 0,
	Self = 1
}

我：“皮皮，現在你猜猜，下面這個多載函式的第二個引數Transform relativeTo是表示什么？”

public void Translate(Vector3 translation, Transform relativeTo);

皮皮：“不用猜，參考系，以它的坐標系為參考，”
我：“厲害哦，變通能力越來越強了，”

7.4.2 旋轉物體

函式原型：

public void Rotate(float xAngle, float yAngle, float zAngle);
public void Rotate(Vector3 eulers, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);
public void Rotate(Vector3 eulers);
public void Rotate(float xAngle, float yAngle, float zAngle, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);
public void Rotate(Vector3 axis, float angle, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo);
public void Rotate(Vector3 axis, float angle);

示例：
圍繞本地坐標系的y軸順時針旋轉1度

transform.Rotate(0, 1, 0);

我：“老皮，考考你，這個Rotate方法與直接設定localEulerAngles有什么區別？”
皮皮：“你這么問，我就知道了，Rotate方法是增量操作，上面講Translate的時候說過，”
我：“看來我不用多解釋啦，聰明聰明，”
皮皮：“我看到還有一個RotateAround方法，它與Rotate有什么區別呢？”
函式原型：

public void RotateAround(Vector3 point, Vector3 axis, float angle);
public void RotateAround(Vector3 axis, float angle);

我：“你知道地球自轉和公轉嗎？”
皮皮：“知道呀，我們古老的喵星也有自轉和公轉，在遙遠的拉姆達星系，喵星圍繞著巨大的魯特恒星旋轉，在大約4000千萬年前… … ”
皮皮突然捂住自己的嘴，“糟了，泄露機密了，”
我：“哈哈哈，不要怕，我不會出賣你們的，喵星人早已經是人類的好朋友了，而且你也沒說你們星系的具體坐標呢，”
皮皮：“打住，回歸正題！”
我：“嘛，這個RotateAround就是類似公轉的效果，”
RotateAround也是一個增量操作，引數point是圍繞的坐標點，引數axis是旋轉的軸，angle是旋轉的角度，
例：

using UnityEngine;

public class TransformTest : MonoBehaviour
{
    private Transform m_selfTrans;

    void Awake()
    {
        // 快取transform
        m_selfTrans = transform;
    }

    void Update()
    {
        // 圍繞中心點Vector3.zero, 繞著軸Vector3.up旋轉，旋轉角度1度
        m_selfTrans.RotateAround(Vector3.zero, Vector3.up, 1);
    }
}

運行效果：

7.4.3 方向轉換計算

本地方向向量 轉 世界方向向量
函式原型：

public Vector3 TransformDirection(float x, float y, float z);
public Vector3 TransformDirection(Vector3 direction);

示例：
計算本地坐標下的forward向量（即本地坐標系的z軸的正方向向量）在世界坐標系下的向量

Vector3 worldObjForward = transform.TransformDirection(transform.forward);

世界方向向量 轉 本地方向向量
函式原型：

public Vector3 InverseTransformDirection(Vector3 direction);
public Vector3 InverseTransformDirection(float x, float y, float z);

示例：
計算世界坐標系下的forward向量在本地坐標系下的向量

Vector3 localForward = transform.InverseTransformDirection(Vector3.forward);

7.4.4 坐標轉換計算

本地坐標 轉 世界坐標
函式原型：

public Vector3 TransformPoint(float x, float y, float z);
public Vector3 TransformPoint(Vector3 position);

示例：
計算區域坐標(10, 0, 0)在世界坐標系下的坐標

Vector3 worldPos = transform.TransformPoint(10, 0, 0);

世界坐標 轉 本地坐標
函式原型：

public Vector3 InverseTransformPoint(float x, float y, float z);
public Vector3 InverseTransformPoint(Vector3 position);

示例：
計算世界坐標系下的(10, 0, 0)在本地坐標系下的坐標

Vector3 localPos = transform.InverseTransformPoint(10, 0, 0);

7.4.5 查找子物體

函式原型：

public Transform Find(string n);

示例：
創建節點，節點結構如下

root節點掛TransformTest腳本，腳本代碼如下

using UnityEngine;

public class TransformTest : MonoBehaviour
{
    Transform m_selfTrans;

    void Awake()
    {
        // 快取自身的transform
        m_selfTrans = transform;
    }

    void Start()
    {
        // 查找a節點
        var a = m_selfTrans.Find("a");
        // 查找c節點
        var c = m_selfTrans.Find("a/b/c");
        //查找e節點
        var d = m_selfTrans.Find("d");
    }
}

7.4.6 判斷是否是子節點

函式原型：

public bool IsChildOf([NotNull] Transform parent);

示例：

GameObject a = new GameObject("a");
GameObject b = new GameObject("b");
b.transform.parent = a.transform;
// 設定父節點也可以用SetParent方法
// b.transform.SetParent(a.transform, false);

if(b.transform.IsChildOf(a.transform))
{
    Debug.Log("a 是 b 的子節點");
}

《學Unity的貓》——第八章：Unity預設檔案，無限紙團噴射機