Veyne | Unity 坐标

一、Unity 中的坐标系类型
二、常用坐标转换方法
三、坐标转换最佳实践
四、设置寻路点位的坐标处理
五、常见问题解决方案
六、矩阵变换
总结

一、Unity 中的坐标系类型

1. 模型坐标系 (Model Space)

定义：物体自身的坐标系
原点：物体的中心点（或网格原点）
特点：与物体绑定，随物体移动旋转
访问：transform.localPosition, transform.localRotation, transform.localScale

2. 世界坐标系 (World Space)

定义：场景全局坐标系
原点：场景原点 (0,0,0)
特点：所有物体共享的统一坐标系
访问：transform.position, transform.rotation, transform.lossyScale

3. 局部坐标系 (Local Space)

定义：相对于父物体的坐标系
原点：父物体的位置
特点：用于层级结构中的相对位置
访问：transform.localPosition, transform.localRotation

4. 屏幕坐标系 (Screen Space)

定义：基于屏幕的2D坐标系
原点：屏幕左下角 (0,0)
单位：像素
范围：
- X: 0 到 Screen.width
- Y: 0 到 Screen.height
- Z: 相机到物体的距离

5. 视口坐标系 (Viewport Space)

定义：归一化的屏幕坐标系
原点：屏幕左下角 (0,0)
范围：X/Y 从 0 到 1
特点：与屏幕分辨率无关

二、常用坐标转换方法

1. 世界坐标 <=> 屏幕坐标

// 世界坐标转屏幕坐标
Vector3 screenPos = Camera.main.WorldToScreenPoint(worldPosition);

// 屏幕坐标转世界坐标
Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(screenPosition);

使用场景：

在3D物体上方显示UI元素（如血条）
将鼠标点击位置转换为3D世界中的位置
实现物体跟随鼠标移动

2. 世界坐标 <=> 视口坐标

// 世界坐标转视口坐标
Vector3 viewportPos = Camera.main.WorldToViewportPoint(worldPosition);

// 视口坐标转世界坐标
Vector3 worldPos = Camera.main.ViewportToWorldPoint(viewportPosition);

使用场景：

判断物体是否在相机视野内
实现小地图功能
物体在屏幕边缘提示

3. 局部坐标 <=> 世界坐标

// 局部坐标转世界坐标
Vector3 worldPos = transform.TransformPoint(localPosition);

// 世界坐标转局部坐标
Vector3 localPos = transform.InverseTransformPoint(worldPosition);

使用场景：

在层级结构中计算子物体的世界位置
将全局位置转换为相对于某个物体的位置
在父物体坐标系中生成子物体

4. 方向转换

// 局部方向转世界方向
Vector3 worldDir = transform.TransformDirection(localDirection);

// 世界方向转局部方向
Vector3 localDir = transform.InverseTransformDirection(worldDirection);

使用场景：

控制角色移动方向（将输入方向转换为世界方向）
物理计算中转换力的方向
射线检测时转换方向

5. 向量转换（忽略位置）

// 局部向量转世界向量
Vector3 worldVec = transform.TransformVector(localVector);

// 世界向量转局部向量
Vector3 localVec = transform.InverseTransformVector(worldVector);

使用场景：

计算相对速度
处理非方向性的向量（如偏移量）
在局部空间中处理物理效果

三、坐标转换最佳实践

1. 明确坐标系类型
关键原则：始终明确当前使用的坐标系类型

// 不好的做法：混淆坐标系
transform.position = new Vector3(10, 0, 0); // 世界坐标
transform.localPosition = new Vector3(5, 0, 0); // 局部坐标

// 好的做法：明确注释
Vector3 worldPosition = new Vector3(10, 0, 0); // 世界坐标
transform.position = worldPosition;

Vector3 localPosition = new Vector3(5, 0, 0); // 相对于父物体的位置
transform.localPosition = localPosition;

2. 层级结构中的坐标处理
问题：不同父节点下的坐标转换
解决方案：

// 将物体A的局部坐标转换为物体B的局部坐标
Vector3 worldPos = objA.transform.TransformPoint(localPosInA);
Vector3 localPosInB = objB.transform.InverseTransformPoint(worldPos);

使用场景：

在复杂层级结构中定位物体
计算两个不同父物体下子物体的相对位置

3. 性能优化
避免在Update中频繁转换：

private Vector3 _cachedScreenPos;

void Start()
{
    // 预先计算
    _cachedScreenPos = Camera.main.WorldToScreenPoint(transform.position);
}

void Update()
{
    // 使用缓存值
    uiElement.transform.position = _cachedScreenPos;
}

4. 常用转换模式

模式1：屏幕坐标转世界坐标（3D位置）

Vector3 GetWorldPosFromScreen(Vector2 screenPos, float distanceFromCamera)
{
    Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenPos);
    return ray.GetPoint(distanceFromCamera);
}

模式2：世界坐标转UI位置

RectTransform GetUIPosition(Transform worldObject)
{
    Vector3 screenPos = Camera.main.WorldToScreenPoint(worldObject.position);
    RectTransformUtility.ScreenPointToLocalPointInRectangle(
        canvasRect, 
        screenPos, 
        null, 
        out Vector2 localPoint
    );
    return localPoint;
}

模式3：物体间相对位置计算

Vector3 GetRelativePosition(Transform from, Transform to)
{
    Vector3 worldPos = to.position;
    return from.InverseTransformPoint(worldPos);
}

四、设置寻路点位的坐标处理

1. 设置目标点位的推荐方式

// 使用世界坐标设置目标点
public void SetTargetPosition(Vector3 worldPosition)
{
    // 存储为世界坐标
    _targetWorldPosition = worldPosition;
    
    // 转换为局部坐标（如果需要）
    _targetLocalPosition = transform.parent.InverseTransformPoint(worldPosition);
}

// 在Update中使用
void Update()
{
    // 直接使用世界坐标
    Vector3 direction = (_targetWorldPosition - transform.position).normalized;
    transform.position += direction * speed * Time.deltaTime;
}

2. 不同父节点下的解决方案

// 获取相对于当前父物体的目标位置
Vector3 GetTargetPositionRelative(Transform target)
{
    // 方案1：通过世界坐标中转
    Vector3 worldPos = target.position;
    return transform.parent.InverseTransformPoint(worldPos);
    
    // 方案2：直接计算相对位置
    Vector3 relativePos = target.position - transform.parent.position;
    return Quaternion.Inverse(transform.parent.rotation) * relativePos;
}

3. 坐标系选择建议

场景	推荐坐标系	原因
独立物体移动	世界坐标	计算简单，无需考虑父物体
层级结构中的物体	局部坐标	保持与父物体的相对关系
物理模拟	世界坐标	物理引擎使用世界坐标
UI元素定位	屏幕坐标	UI系统基于屏幕坐标
相机相关计算	视口坐标	与屏幕分辨率无关

五、常见问题解决方案

问题1：物体位置设置不正确

可能原因：混淆了 localPosition 和 position
解决方案：

// 明确使用世界坐标
transform.position = worldPosition;

// 明确使用局部坐标
transform.localPosition = localPosition;

问题2：旋转后位置计算错误

解决方案：

// 使用方向向量而非位置差
Vector3 direction = (target.position - transform.position).normalized;
transform.rotation = Quaternion.LookRotation(direction);

问题3：屏幕坐标转换不准确

解决方案：

// 确保考虑Z轴深度
Vector3 screenPos = new Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, distanceFromCamera);
Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(screenPos);

问题4：不同缩放层级下的位置错误

解决方案：

// 使用TransformPoint处理缩放
Vector3 worldPos = transform.TransformPoint(localPosition);

六、矩阵变换

// 获取世界转局部矩阵
Matrix4x4 localToWorldMatrix = transform.localToWorldMatrix;

// 获取局部转世界矩阵
Matrix4x4 worldToLocalMatrix = transform.worldToLocalMatrix;

// 使用矩阵转换位置
Vector3 worldPos = localToWorldMatrix.MultiplyPoint3x4(localPosition);
Vector3 localPos = worldToLocalMatrix.MultiplyPoint3x4(worldPosition);

// 使用矩阵转换方向
Vector3 worldDir = localToWorldMatrix.MultiplyVector(localDirection);
Vector3 localDir = worldToLocalMatrix.MultiplyVector(worldDirection);

使用场景：

批量处理多个物体的坐标转换
自定义渲染时处理顶点位置
复杂坐标变换链

总结

Unity 的坐标系统需要注意以下要点：

明确坐标系类型：始终清楚当前使用的坐标系
选择正确的转换方法：根据需求选择 TransformPoint, InverseTransformPoint 等
层级结构处理：通过世界坐标中转处理不同父物体下的坐标
性能优化：避免在 Update 中频繁转换，使用缓存
常见模式：掌握屏幕-世界坐标转换等常用模式

Unity 坐标

一、Unity 中的坐标系类型

二、常用坐标转换方法

三、坐标转换最佳实践

四、设置寻路点位的坐标处理

五、常见问题解决方案

六、矩阵变换

总结

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