Unity3D Quaternion 旋转数据结构

在Unity3D中，Quaternion是用于表示旋转的数据结构。四元数是一种比欧拉角更复杂但更有效的方式来表示3D空间中的方向，它可以避免万向节锁和插值时出现的不连贯性问题。在Unity中处理旋转时，通常建议使用Quaternion而不是欧拉角。

四元数包含四个部分：一个实部和三个虚部，通常表示为（x, y, z, w）。Unity的Quaternion结构提供了一系列的静态函数和属性来操作这些值。

创建四元数

// 无旋转的四元数（单位四元数）
Quaternion identity = Quaternion.identity;

// 根据给定的欧拉角创建四元数
Quaternion fromEuler = Quaternion.Euler(0, 30, 0);

// 两个向量之间的旋转
Quaternion toRotation = Quaternion.FromToRotation(Vector3.forward, Vector3.up);

旋转对象

// 直接设置旋转
transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 90, 0);

// 相对当前旋转进行旋转
transform.rotation *= Quaternion.Euler(0, 45, 0);

// 使对象朝向某个方向
transform.rotation = Quaternion.LookRotation(target.position - transform.position);

插值旋转

// 线性插值
transform.rotation = Quaternion.Lerp(from.rotation, to.rotation, Time.deltaTime);

// 球面线性插值
transform.rotation = Quaternion.Slerp(from.rotation, to.rotation, Time.deltaTime);

计算旋转的差值

// 两个旋转之间的相对旋转
Quaternion relativeRotation = Quaternion.Inverse(current.rotation) * target.rotation;

四元数运算

// 四元数乘法，用于组合旋转
Quaternion combinedRotation = firstRotation * secondRotation;

// 四元数的逆，用于得到相反的旋转
Quaternion inverseRotation = Quaternion.Inverse(originalRotation);

四元数和向量的乘法

// 将旋转应用于向量
Vector3 rotatedVector = rotation * originalVector;

四元数的属性

• x, y, z, w：四元数的组成部分。
• eulerAngles：四元数的欧拉角表示。

注意事项

• 四元数的插值（Lerp 和 Slerp）不能简单地像向量那样直接插值它们的组成部分。正确的插值方法需要保持四元数的单位长度，以确保旋转的平滑过渡。
• 应尽量避免直接编辑四元数的 x, y, z, w 值，因为这可能会导致非单位四元数，使其无法表示有效的旋转。

使用四元数可以使得3D旋转的处理更加稳定和高效，尤其是在需要连续和复杂旋转操作时，如在动画、物理模拟和相机控制等方面。