【Unity学习笔记】第十五 Transform 查缺补漏（TransformDirection / InverseTransformDirection解释，三种坐标系下的Translate()）

前言

Transform组件是我们最常接触的组件，它的translate方法也是我们经常使用的东西，但似乎对于Transform类的理解并不是很到位。所以这次我重新搜索文档并梳理，希望能对Transform掌握得更加明晰。

Transform 继承关系

Transform继承自Component类，知道其继承关系有利于更好地使用类中的各种属性和方法。完整Unity类继承关系树如下。（rider用户的话可以用ctrl+H 查看继承关系）
请添加图片描述

Transform 类结构

Transform 包含很多属性和方法，从官方API去看的话很容易懵逼失去中心，这篇文章Unity编程标准导引-3.3 Transform的思路就很棒，我将参考他的结构进行撰文，并查缺补漏。

层级关系、层级变动、IEnumerable遍历相关属性和方法
坐标系以及坐标变换相关属性和方法
Translate位移与Time.deltaTime和Time.fixedDeltaTime
scale等其他

层级相关属性

childCount：代表当前GameObject节点下方有几个子节点。
hierarchyCount：代表在当前GameObject所处的相互关联的树状结构中，存在的层次数目。
相互关联的树状结构指的是：以Hierarchy面板中的一个顶层GameObject作为根节点出发的一棵树。任何一个GameObject都会存在于一棵树中。
可以预想的是，这个树状结构中的任意一个节点的hierarchyCount属性都是相同的。
hierarchyCapacity：代表当前所在的树的层次容量。就是这棵树最大可以容纳的节点数目，从整个树中的任意一个节点访问此属性，所获取的层次容量都是相同的。
这个参数是自动增长的，即当GameObject发生层次变动时，如果当前树的容量不足，会自动扩容。
可以推测出：树中所有节点所查询的结果实际来自最顶层节点的属性，而当层次所发生变动时，Unity内部只需要修改顶层节点的这个属性即可。
需要注意的是，当频繁变化hierarchyCapacity时，是需要带来额外的内存消耗和性能消耗的，这与List类的内存扩容是一个道理。因此，应该为频繁增长的树的根节点在一开始就设置一个比较大的容量。
parent：代表当前节点的父节点，返回一个Transform对象。当此parent为null时，就代表自己已经是顶层节点，也即树状结构中的根节点了。
root：获得当前树状结构中的根节点。

层级相关方法

DetachChildren()：分离子节点，意思就是将当前节点下方的所有直接子节点都分离出去，让他们成为根节点。有n个子节点，将产生n棵新的树。
Find(stringname)：根据路径查找子节点，虽然这里的参数在文档上显示为name，但是它实际代表一个路径。它可以是"magazine/ammo"这种格式，即可以向着叶节点深度方向查询多个层次，找到目标Transform并返回。如果找不到返回空。
GetChild(intindex)：根据索引index，返回当前节点的直接子节点。
GetSiblingIndex()：获得当前节点处于其父节点下的编号索引，即处于兄弟列表中的Index。
SetAsFirstSibling()：设置当前节点为兄弟节点列表中的第一个节点。
SetAsLastSibling()：设置当前节点为兄弟节点列表中的最后一个节点。
SetSiblingIndex(intindex)：将当前节点设置到其兄弟列表中的index位置。
SetParent(Transformparent,boolworldPositionStays)：设置当前节点的父节点，如果worldPositionStays设置为true，则保持其世界坐标下的位置、旋转和缩放。这会相应地修改其局部坐标、旋转和缩放信息。

测试：

public GameObject ob;
    private Transform obt;

    private void Awake()
    {
    
    
        obt = ob.transform;
    }

    private void OnEnable()
    {
    
    
        //transform的层级关系相关属性
        
        int childCount = obt.childCount;
        print("transform的直接子项数量:" + childCount);

        var obtHierarchyCapacity = obt.hierarchyCapacity;
        print("transform的层级视图数据结构的变换容量:" + obtHierarchyCapacity);
        var obtHierarchyCount = obt.hierarchyCount;
        print("transform的层级视图数据结构中变换的数量:" + obtHierarchyCount);

        var obtParent = obt.parent;
        print("变换的父级:" + obtParent?.name);
        var obtRoot = obt.root;
        print("返回层级视图中最顶层的变换:"+obtRoot.name);
        
        //transform层级关系相关方法
        var childUseFind = obt.Find("Cube (4)");
        print("Finds a child by name n and returns it:"+childUseFind?.name);

        // var child = obt.GetChild(0);
        // print("按索引返回变换子项:"+child.name);
        
        print("获得当前节点处于其父节点下的编号索引:"+obt.GetSiblingIndex());
        obt.SetAsFirstSibling();
        print("获得当前节点处于其父节点下的编号索引:"+obt.GetSiblingIndex());
        obt.SetAsLastSibling();
        print("获得当前节点处于其父节点下的编号索引:"+obt.GetSiblingIndex());
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
    
    
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.A))
        {
    
    
            //清除直接子项的父级
            obt.root.DetachChildren();
        }
    }

IEnumerable

参考:

C# IEnumerator 接口

C# IEnumerable and IEnumerator: An In-depth Exploration from Basics to Advanced

Transform类是实现了IEnumerable接口的class Transform : Component, IEnumerable，所以可以用迭代器或者foreach遍历树上所有直接子项：

print("——开始打印层级结构：");

IEnumerator enumerator = obt.GetEnumerator();
while (enumerator.MoveNext())
{
    
    
    var current = (Transform)enumerator.Current;
    print(current.name);
}
print("——结束打印层级结构——");

// C# 语言的 foreach 语句隐藏了枚举数的复杂性。 因此，建议使用 foreach 而不是直接操作枚举器。
foreach (var childTransform in obt)
{
    
    
    print(((Transform)childTransform).name);
}

坐标系以及坐标变换

坐标系相关属性

Vector3 localPosition：局部坐标系下的位置
Vector3 position：全局坐标系下的位置
Quaternion localRotation：局部坐标系下的旋转
Quaternion rotation：全局坐标系下的旋转
Vector3 localScale：局部坐标系下的缩放
Vector3 lossyScale：全局坐标系下的缩放
Vector3 localEulerAngles：局部坐标系下的欧拉角
Vector3 eulerAngles：全局坐标系下的欧拉角
Vector3 forward：全局坐标系下的前方矢量
Vector3 up：全局坐标系下的上方矢量
Vector3 right：全局坐标系下的右方矢量

坐标系相关方法

参考:

Unity Transform* methods explained. Part I - TransformDirection.

the-math-behind-unitytransform-methods-explained

TransformDirection : 将 direction 从本地空间变换到世界空间。
TransformPoint : 将 position 从本地空间变换到世界空间。
TransformVector : 将 vector 从本地空间变换到世界空间。
InverseTransformDirection : 将一个方向从世界空间转换到本地空间。与 Transform.TransformDirection 相反。
InverseTransformPoint : 将 position 从世界空间变换到本地空间。
InverseTransformVector : 将vector 从世界空间变换到本地空间。与 Transform.TransformVector 相反。

前 3 种方法是从本地空间到世界空间的变换，后 3 种则是相反的操作。Direction / Point / Vector的区别在于：

TransformPoint / InverseTransformPoint 受位置、旋转和缩放影响；
TransformDirection / InverseTransformDirection（变换方向）仅受旋转影响；
TransformVector / InverseTransformVector（变换向量）受旋转和缩放影响。

由于存在本地坐标系和世界坐标系，如果我们希望对空间中的点/向量/方向在本地坐标和世界坐标进行转换，就需要利用上面的Transform/ InverseTransform 方法。

举例说明：

假设对cube对象go绕Y轴顺时针旋转90°，rotation(0,90,0)

那么，对于vector3(1,0,0)这个向量，

如果这个坐标是世界坐标系下的，则就是上面黄色箭头(和对象本地z轴同向)，所以这个vector3(1,0,0)在对象本地坐标系下就是(0,0,1)，也就是go.InverseTransformDirection(vector3(1,0,0)) = vector3(0,0,1)
如果这个坐标是本地坐标系下的，则就是上面黑色箭头，在世界坐标系下看这个黑色箭头vector3就是(0,0,-1)，就是go.TransformDirection(vector3(1,0,0)) = vector3(0,0,-1)

当对象go绕Y轴顺时针旋转45°，rotation(0,45,0)

本地坐标系→世界坐标系
TransformDirection((1,0,0)) = (0.707,0,- 0.707)
世界坐标系→本地坐标系
InverseTransformDirection((1,0,0))=(0.707,0,0.707)

转换的目的就是能在不同坐标空间下表示同一方向，比如Translate()方法有Space.World/Space.Self参数，就可以通过TransformVector方法达到同样的效果

// 使用TransformVector方法转换坐标空间，这种效果同 Space.Self的right
transform.Translate(transform.TransformVector(Vector3.right) * Time.deltaTime, Space.World);
transform.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, Space.World);

Translate()方法

public void Translate(Vector3 translation, Space relativeTo = Space.Self);
public void Translate(Vector3 translation, Space relativeTo = Space.World);
public void Translate(Vector3 translation, Transform relativeTo);

三种方法都是沿着向量方向移动translation距离，只不过这个方向可以相对对象本地坐标系、世界坐标系或者其他对象的本地坐标系。

注意这里的translation不是速度，是距离，如果方法写在update方法里就是每帧移动translation距离，写在fixedUpdate就是每fixedDeltaTime(默认0.02s)移动translation距离。如果想要用宏观的方式就可以用Translate(Vector3 velocity * Time.deltaTime) 或者 Translate(Vector3 velocity * Time.fixedDeltaTime)表示，那么这个velocity 单位就是m/s。

测试代码：

public class TransformTest : MonoBehaviour
{
    
    
    public GameObject ob1;
    public GameObject ob2;
    private Transform obt1;
    private Transform obt2;
    public bool selfSpace = true;
    public bool useOb2Space;

    private void Start()
    {
    
    
        obt1 = ob1.transform;
        obt2 = ob2.transform;
    }

    void Update()
    {
    
    

        // 三种不同坐标系的移动
        if (useOb2Space)
        {
    
    
            obt1.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, obt2);
        }else if (selfSpace)
        {
    
    
            obt1.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, Space.Self);
        }
        else
        {
    
    
            // 使用TransformVector方法转换坐标空间，这种效果同 Space.Self的right
            // obt1.Translate(obt1.TransformVector(Vector3.right) * Time.deltaTime, Space.World);
            obt1.Translate(Vector3.right * Time.deltaTime, Space.World);
        }
    }
    private void FixedUpdate()
    {
    
    
        // 这种和Update的 *deltaTime类似，也是做到每秒1米。
        // obt1.Translate(Vector3.right * Time.fixedDeltaTime);
    }
}

scale等其他

注意非等比scale导致的变形问题：
在这里插入图片描述
euler与Quaternion放到后面Quaternion进行补充。

总结

本文对Transform类进行较详细的分析，分别从Transform层级关系相关属性和方法、坐标系相关属性和方法以及Translate方法等结构进行清晰地梳理，特别是对TransformDirection / InverseTransformDirection这个坐标系变换方法进行解释，同时提到了Translate()方法可以在三种不同参考系中进行移动。通过上面的查缺补漏，我想未来再使用Transform将会变得更得心应手。