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Unity中关于四元数的API详解

Quaternion类

Quaternion（四元数）用于计算Unity旋转。它们计算紧凑高效，不受万向节锁的困扰，并且可以很方便快速地进行球面插值。 Unity内部使用四元数来表示所有的旋转。

Quaternion是基于复数，并不容易直观地理解。 不过你几乎不需要访问或修改单个四元数参数（x，y，z，w）; 大多数情况下，你只需要获取和使用现有的旋转（例如来自“Transform”），或者用四元数来构造新的旋转（例如，在两次旋转之间平滑插入）。
大部分情况下，你可能会使用到这些函数：

• Quaternion.LookRotation，
• Quaternion.Angle
• Quaternion.Euler
• Quaternion.Slerp
• Quaternion.FromToRotation
• Quaternion.identity。

Quaternion 是一个结构体，本身成员变量相对简单，可以作为函数参数高效传递。

Unity默认方向

在深入了解API之前，我们需要先明确一些基本的概念，就是方向、旋转究竟是如何表示的。
Unity中使用左手坐标系，假如把世界坐标系跟东南西北进行结合起来看，大致如下图所示：

小实验

在场景中设置三个物体，它们的朝向是打乱的，从左到右分别对应1、2、3。可以使用以下代码将三个物体朝向调整为一致。

        //前方上方矢量界定法的实际上方会重新计算
        m_t1.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(Vector3.forward, Vector3.up);
        m_t2.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(Vector3.forward, new Vector3(0,0.5f,-0.5f));
        m_t3.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(Vector3.forward, new Vector3(0,0.5f,0.5f));

在start方法中执行上述代码后，如下：

小实验结果

三个物体朝向是一致的，也就说明了上方矢量确实是进行了重新计算。

总结几种表示方法

下面使用代码总结几种表示法，对应同样的四元数，大致有四种表示方法。

        //旋转量的4种表示形式

        Quaternion q1=Quaternion.Euler(90, 0, 0);
        Quaternion q2 = Quaternion.LookRotation(Vector3.down ,Vector3.forward);
        Quaternion q3 = Quaternion.AngleAxis(90,Vector3.right);
        Quaternion q4 = Quaternion.FromToRotation(Vector3.up, Vector3.forward);
        showQ("q1",q1);
        showQ("q2",q2);
        showQ("q3",q3);
        showQ("q4",q4);

它们的输出结果是：

几种表示法结果

也就是说，这几种形式表示的四元数结果完全相同。

将四元数旋转应用于子弹射击示例

当枪管转动起来，子弹仍然沿着正确的朝向发射出去，可以使用很简单的几句话，修改之前的代码后如下：

            Bullet_2 bullet = m_compPool.takeUnit<Bullet_2>();
            //发射时，将子弹的初始位置为枪口的当前位置
            bullet.m_transform.position = m_transform.position;
            //将子弹的初始化旋转设置为指向当前枪口前方
            bullet.m_transform.rotation = Quaternion.LookRotation(m_transform.forward);

旋转射击

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