Unity中坐标系转换方法

前言

本篇文章主要是参考《Unity API 解析》---陈泉宏。

这是本人在学校图书馆找到一本书，主要介绍的就是常用的类，比较实用，没有冗余的地方。在此推荐一下这本书！

一、ScreenToViewportPoint方法

1、函数原型

public Vector3 ScreenToViewportPoint(Vector3 position);

其中参数position为屏幕参考点。

2、功能说明

可以实现坐标点position从屏幕坐标系向摄像机视口的单位化坐标系转换。参考点position的x和y分量为屏幕的实际坐标值，单位为像素，z值无效。

3、实例演示

using UnityEngine;
using System.Collections;
 
public class ScreenToViewportPoint_ts : MonoBehaviour {
 
    // Use this for initialization
    void Start () {
 
        transform.position = new Vector3(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        transform.rotation = Quaternion.identity;
        //从屏幕的实际坐标向视口的单位化比例值转换
        Vector3 viewPortPoint = camera.ScreenToViewportPoint(new Vector3(Screen.width / 2.0f, Screen.height / 2.0f, 100.0f));
        Debug.Log("转换后的摄像机视口坐标系的坐标: " + viewPortPoint);
        //从视口的单位化比例值向屏幕的实际坐标点转换
        Vector3 screenPoint = camera.ViewportToScreenPoint(viewPortPoint);
        Debug.Log("转换后的屏幕坐标: " + screenPoint);
        Debug.Log("屏幕宽: " + Screen.width + " 屏幕高: " + Screen.height);
 
    }
 
    // Update is called once per frame
    void Update () {
 
    }
}

4、运行结果

二、ScreenToWorldPoint方法

1、函数原型

public Vector3 ScreenToWorldPoint(Vector3 position);//position是参考点

2、功能说明

将参考点position从屏幕坐标系转换到世界坐标系。position中各个分量值都为实际单位像素值，而非比例值。

Vector3 v = camera.ScreenToWorldPoint(ps);//ps为参考点
//v的各个分量值为
v.x = camera.transform.position.x + ps.z*asp*tan(e/);
v.y = camera.transform.position.y + ps.z*tan(e/);
v.z = camera.transform.position.z + ps.z;

其中e为摄像机的视口夹角fieldOfView的值，asp为摄像机视口的宽高比例值aspect。具体了解可以参考3D游戏与计算机图形学中的数学方法-视截体

3、实例演示

using UnityEngine;
using System.Collections;
 
public class ScreenToWorldPoint_ts : MonoBehaviour
{
 
    // Use this for initialization
    void Start () {
 
        transform.position = new Vector3(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        camera.fieldOfView = 60.0f;
        camera.aspect = 1.6f;
        Debug.Log("z轴正方向100单位处对应的屏幕左下角的世界坐标值: " + camera.ScreenToWorldPoint(new Vector3(0.0f,0.0f,100.0f)));
        Debug.Log("z轴正方向100单位处对应的屏幕中间的世界坐标值: " + camera.ScreenToWorldPoint(new Vector3(Screen.width / 2.0f, Screen.height / 2.0f, 100.0f)));
        Debug.Log("z轴正方向100单位处对应的屏幕右上角的世界坐标值: " + camera.ScreenToWorldPoint(new Vector3(Screen.width, Screen.height, 100.0f)));
 
    }
 
    // Update is called once per frame
    void Update () {
 
    }
}

4、运行结果

三、ViewportToWorldPoint方法

1、函数原型

public Vector3 ViewportToWorldPoint(Vector3 position);

2、功能说明

可以实现从Camera视口坐标点到世界坐标点转换，与WorldToViewportPoint的功能正好相反。此方法的返回值大小受当前Camera在世界坐标系中的位置、fieldOfVieew值以及参考点position的共同影响。其中参考点position的x和y分量的有效范围为[0.0,1.0]，位比例值；而z值为实际单位值，而非比例值。

视口坐标点与世界坐标点的转换公式：

假设ps是视口坐标点，v是转换后对应ps的世界坐标点。那么有如下方程式：

v.x = camera.transform.position.x + K1;
v.y = camera.transform.position.y + K2;
v.z = camera.transform.position.z + ps.z;
其中K1 = ps.z * asp * ((ps.x -0.5)/0.5)*tan(e/);
K2 = ps.z * ((ps.y -0.5)/0.5)*tan(e/);
e位摄像机的视口夹角fieldOfView的值，asp为摄像机视口的宽高比aspect。

3、实例演示

using UnityEngine;
using System.Collections;
 
public class ViewportToWorldPoint_ts : MonoBehaviour {
 
    // Use this for initialization
    void Start () {
 
        transform.position = new Vector3(1.0f, 0.0f, 1.0f);
        camera.fieldOfView = 60.0f;
        camera.aspect = 16.0f / 10.0f;
        Debug.Log("屏幕左下角: " + camera.ViewportToWorldPoint(new Vector3(0.0f, 0.0f, 100.0f)));
        Debug.Log("屏幕中间: " + camera.ViewportToWorldPoint(new Vector3(0.5f, 0.5f, 100.0f)));
        Debug.Log("屏幕右上角: " + camera.ViewportToWorldPoint(new Vector3(1.0f, 1.0f, 100.0f)));
 
    }
 
    // Update is called once per frame
    void Update () {
 
    }
}

4、运行结果

其余还有WorldToScreenPoint、WorldToViewportPoint等方法，使用如上面的例子类似，在此就不做阐述了。

四、关于Camera视口、aspect、pixelRect及Rect的解释

Camera视口用来记录当前摄像机能看到场景中的哪些内容，其大小及位置是可以改变的。而屏幕视口是指当前的硬件的屏幕，对于一个固定的硬件，它的屏幕视口大小（即分辨率）是固定的。Camera视口的内容不一定可以完全显示在屏幕上，屏幕可能只显示了一部分视口内容，也可能对视口内容进行了放缩。可以简单的理解为Camera视口是一张二维图片，而屏幕是用来显示这张图片的，图片可以被剪切，也可能被压缩。
Unity的Game面板中的aspect选项是用来模拟硬件屏幕的，可以分为三类即全屏显示、固定比例显示和固定分辨率显示。全屏显示即以当前Camera屏幕的大小来模拟硬件屏幕分辨率，其Camera视口即为当前摄像机的默认状态。而在固定比例方式则会改变Camera视口的宽高比，其大小不固定。而在固定分辨率方式下，其有效显示区间将保持固定分辨率的大小。

Camera屏幕分辨率的设置方式

在Camera.aspect固定的情况下，无论选择Game视图中哪种屏幕模拟方式，它们的显示内容都是相同的。不同的屏幕模拟方式只会对显示的内容进行放缩。决定屏幕视口显示内容的是Camera.aspect的值和Camera.transform的属性，至于屏幕要如何显示Camera视口的内容，那就是硬件显示屏要处理的事情了。
PixelRect和Rect功能类似，都是决定硬件显示屏如何显示Camera视口提供的内容的。不同的是PixelRect是以实际像素来展示显示内容，而Rect是以单位化形式展示显示内容。