Unity各空间下的位置：世界坐标、屏幕坐标、相机坐标、本地坐标

布满荆棘的人生 2022-08-30 14:52 549阅读 0赞

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要谈坐标系变换，那么坐标系有哪些呢？依次有:物体坐标系，世界坐标系，相机坐标系，投影坐标系以及屏幕坐标系.我要讨论的就是这些坐标系间的转换。

# 为什么有这么多的坐标系？ #

这些坐标系不是凭空而来，他们都是为了完成计算机3D图形学最最最基本的目标而出现.计算机3D图形学最最最基本的目标就是:将构建好的3D物体显示在2D屏幕坐标上.初看好像就是将最初的物体坐标系转换到屏幕坐标系就可以了呀，为什么多出了世界坐标系,相机坐标系，投影坐标系。这是因为:在一个大世界里有多个物体，而每个物体都有自己的坐标系，如何表述这些物体间相对的关系，这就多出了世界坐标系；如果只需要看到这个世界其中一部分，这就多出了相机坐标系；至于投影坐标系那是因为直接将3D坐标转换为屏幕坐标是非常复杂的(因为它们不仅维度不同,度量不同（屏幕坐标一般都是像素为单位,3D空间中我们可以现实世界的米，厘米为单位），XY的方向也不同，在2D空间时还要进行坐标系变换),所以先将3D坐标降维到2D坐标,然后2D坐标转换到屏幕坐标。

# 坐标系综述 #

#    1、世界坐标系 #

表示实际场景中的模型或UI元素物理位置，模型的话，就是其固有组件Transform中显示的position【父物体坐标不归零的除外】；UI元素则很少使用世界坐标去表示，主要用RectTransform表示，涉及锚点、轴心点，自行百度。

## 2、屏幕坐标系 ##

所有UI或模型渲染出现在屏幕里才有意义，屏幕中显现的位置信息构成屏幕坐标系。屏幕坐标系为三维坐标系，但显示屏是二维平面的，（x,y）表示位置信息，屏幕左下角为（0,0）点【原点】，右上角为（Screen.宽度，Screen高度），以1920\*1080的屏幕分辨率为例，右上角为（1920,1080），超出视野之外依然有数值，只是不显示在Game窗口中。z值表示深度，坐标系转换时细讲。  
模型的屏幕坐标：（x，y）用分辨率宽高表示，z=模型pos.z-（摄像机pos.z）;  
UI元素的屏幕坐标：同上。  
输入的鼠标位置和触摸位置，其屏幕坐标为横纵由分辨率表示，z值默认为0.

## 3、视口坐标系 ##

做分屏界面时用到（赛车游戏后视镜看到的画面渲染在一个独立的窗口，这里称之为视口） 。与屏幕坐标系雷同，但略有区别。最小值（0,0）点为摄像机视野左下角，最大值（1,1）在摄像机视野右上角。z值后面坐标系转换时细讲。

## 4、GUI坐标系 ##

Untiy老版UI界面，纯二维坐标系。数值类型与屏幕坐标系一样，用分辨率宽高表示。不同的是（0,0）点为左上角，（Screen.宽度，Screen高度）为右下角。【真的不常用，打脸了】

常见函数 【zInfo：深度信息】  
//1.屏幕转世界坐标  
Vector3 Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(screenPos.x , screenPos.y , zInfo));  
//2.世界转屏幕坐标  
Vector3 Camera.main.WorldToScreenPoint(new Vector3(worldPos.x , worldPos.y , worldPos.z));  
//3.世界转视口坐标  
Vector3 Camera.main.WorldToViewportPoint();  
//4.视口转世界坐标  
Vector3 Camera.main.ViewportToWorldPoint(new Vector3(viewPortPos.x , viewPortPos.y , zInfo));  
//5.视口转屏幕坐标  
Vector3 Camera.main.ViewportToScreenPoint();  
//6.屏幕转视口坐标  
Vector3 Camera.main.ScreenToViewportPoint();

# 基础知识： #

Transform作为Unity中游戏对象最为重要的组件，“位置”作为Transfrom组件的一个属性，具有同等重要的地位。

Transform组件下有两个“位置”属性：

position:指的是游戏对象中心点在世界空间的位置（世界空间就是Unity最大的空间，可以创建一个无任何父节点的空对象，其position,rotation分量都是0，scale分量都是1，那么可以认为世界空间就是以此物体中心点为原点，物体的朝向为z轴，右方向为x轴，上方向为y轴，即物体的transform.forward为z轴，transform.right为x轴，transform.up为y轴,如图中的SuperParent物体）。

![59ea8b5828c477e8104b3952ae96cfae.png][]

SuperParent1.jpg

localPosition:指的是游戏对象中心点在父类空间的位置（属性面板上显示的值就是这个值）。

父类空间的构建与其position,rotation,scale有关，但此处只讨论position，因此可以认为父类物体不旋转，没有缩放的情况。那么此时父类空间是以父类中心点为原点，x,y,z与世界空间x,y,z轴同方向。

如果游戏对象没有父类，那么此物体的父类空间就是世界空间，此时position和localPosition值是相同的。可以想象为，其父类就是文章上面的SuperParent物体。

UGUI下所有的UI空间都具有RectTransform组件，此组件继承自Transform组件，其内部的position和localPosition属性也继承自Transform。他多出来的位置属性是：

anchoredPosition3D：指的是物体中心点Pivot相对于锚点Anchor的位置（UI属性面板上显示的就是这个值，即PosX，PosY，PosZ）。

注意：

***1、 这里指的是锚点，尽管锚点是附加在父类上的，但其并不是父类空间，父类空间指的是以其中心点为原点，而此处指的是以锚点为原点。***

***2、 RectTransform提供了我们足够的自由去更改UI的锚点位置和中心点的位置。但是万变不离其宗：anchoredPosition3D核心概念没变：中心点相对锚点的位置。***

***3、 anchoredPosition是anchoredPosition3D属性去除了z轴之后的值。***

## 扩展知识： ##

尽管上述概念都是大家耳熟能详的东西，有关的博文一搜一大堆，我为什么要再总结一篇大家都知道的东西呢？因为看似简单的东西，可以做出复杂的系统，看似复杂的东西，都是由简单的东西堆砌出来的。

***重点来了：位置脱离了空间系统毫无意义。人尽皆知啊。接下来请牢记：位置计算一定要统一空间。***

Unity中，游戏物体除了有本地位置，世界空间位置，还有相对摄像机的位置（视角空间位置），屏幕空间位置。其中的转换详情计算机图形学，以后我也会总结有关图形学的知识。

## 实战： ##

最后用一个例子介绍一下这些位置的用途。

王者荣耀英雄展示界面。一边为英雄模型，一边为UI显示英雄技能等信息，是怎么样做到的模型跟正好显示在了规定的地方。如图：

![cd49cee76f3b0dccf607455f3ef404df.png][]

Hero.jpg

两个接口（Camera组件下）：

public  Vector3 WorldToScreenPoint(Vector3 position);
        //输入物体世界空间坐标得到物体当前摄像机下屏幕空间坐标位置
        public Vector3 ScreenToWorldPoint(Vector3 position);
        //输入物体当前摄像机下屏幕空间坐标得到物体世界空间坐标位置

注意：

***1、屏幕空间坐标依赖于摄像机。同一物体，在不同摄像机下，其得到的屏幕坐标是不同的。不懂的话，可以了解一下图形学坐标转换。***

***2、屏幕空间坐标是三维的。其x,y轴是指显示在屏幕上的位置，z轴具有特殊意义——物体的深度值（与物体距离摄像机的远近有关）。***

Camera组件下有很对关于空间位置的计算。有兴趣的话，可以研究研究。

首先我们需要两个摄像机：一个UI摄像机显示UI，一个模型摄像机显示模型。

具体思路：由UI位置计算其屏幕坐标位置，再由屏幕坐标位置计算模型世界空间位置。

场景：一个button，button下有一个位置标识，通过我点击button，会在该位置标识上生成一个小球（这个button同时充当了模型展台，小球就是宫本。太low了，哈哈），game场景如下：

![af0805007e05f8a4268fecf78c7f629b.png][]

Scene.png

代码如下：

public GameObject prefab;           //小球预制件
        public Camera uiCamera;             //UI摄像机
        public Camera modelCamera;          //模型摄像机
        public GameObject posTag;           //需要把模型放置的位置
        public int z = 5;                   //修改屏幕坐标的Z轴
        public void ClickButton()
        {
            //初始化物体
            GameObject go = GameObject.Instantiate(prefab);
            Vector3 showPos = posTag.transform.position;
            //获取展示位置的屏幕空间坐标
            Vector3 screenPos = uiCamera.WorldToScreenPoint(showPos);
            //设置屏幕坐标的z轴。z轴代表物体的深度值，与距离摄像机的远近有关。
            //可以调一下大小感受一下
            screenPos.z = z;
            //获取模型摄像机下得到同一屏幕空间坐标的世界空间坐标
            Vector3 modelPos = modelCamera.ScreenToWorldPoint(screenPos);
            go.transform.position = modelPos;
        }

效果展示：

![b680d36e3b7988e68b99c33bfa8a734a.gif][]

position.gif

位置不对啊？其实是因为所有的坐标都是以中心点为基础的。小球的中心点在圆心，所以小球的中心点是与标志物重合的。在游戏中，美术提交的模型中心点基本都会设置在人物脚上，所以就不会出现这个情况。

## 小结： ##

知识点：位置概念不能脱离空间。位置计算一定要统一空间。

链接：https://www.jianshu.com/p/c3975f0162be

### **Unity Shader入门（八）各种坐标空间的定义和变换演示** ###

[https://www.pianshen.com/article/5665993904/][https_www.pianshen.com_article_5665993904]

### 关于[左手坐标系和右手坐标系（转）][Link 1] ###

转自：[http://www.cnblogs.com/mythou/p/3327046.html][http_www.cnblogs.com_mythou_p_3327046.html]

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[b680d36e3b7988e68b99c33bfa8a734a.gif]: /images/20220829/d517287856414cdfb9bd03874b2e6c65.png
[https_www.pianshen.com_article_5665993904]: https://www.pianshen.com/article/5665993904/
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/aminxu/p/4441016.html
[http_www.cnblogs.com_mythou_p_3327046.html]: http://www.cnblogs.com/mythou/p/3327046.html