Unity：Transform之四元數的移動端單指滑動旋轉模型操作

　　首先我們來參考一下四元數在Unity中的應用：

      unity 3D 詳解Quaternion類（一）

　　unity3D 詳解Quaternion類（二）

　　四元數quaternion的變換比較復雜，但是在unity中已經給我們寫好了相應的函數實現對transform的操作。

　　在最近的一個項目中，遇到了一個單手指滑動手機屏幕實現對模型的一個旋轉操作，在嘗試了各種unity中的旋轉函數之后都沒能夠達到想要的效果之后，我選擇了用Quaternion.AngleAxis的函數來實現旋轉的操作效果。

　　首先我們來分析一下Quaternion.AngleAxis(angle,axis)，參數angle和axis代表了物體的旋轉角度和旋轉軸心。如下圖：紅色箭頭方向代表物體所圍繞的旋轉軸，旋轉角度可以是自定義的。

　　

　　

　　接下來，我們就要做兩件事情，確定axis和計算angle。在這個項目中，我們是根據單個手指在手機屏幕上滑動，我們通過記錄滑動的距離，X方向的增量，以及Y軸方向的增量來為后面計算axis和angle打下基礎。unity的Input函數有GetTouch這個函數，我們只需要調用這個函數的相關方法就可以實現需求。

　　現在，我們在unity中新建一個場景，在場景中新建一個立方塊。

　　

　　注意立方塊的世界坐標軸，Z軸的朝向應該是朝着攝像機的。根據之前對四元數腳本的分析，立方體的旋轉腳本為：

　　Gesture.cs:

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class gesture : MonoBehaviour {
    public Transform Cube;
    private float radius = 1080;
    private Vector3 originalDir = new Vector3(0f,0f,1080f);
    private Vector3 CenterPos = new Vector3(0, 0, 0);
    private Vector2 startPos;
    private Vector2 tempPos;
    private Vector3 tempVec;
    private Vector3 normalAxis;
    private float angle;
    // Use this for initialization
    void Start () {
        Cube = GameObject.Find("Cube").transform;
    }
    
    // Update is called once per frame
    void Update () {
        if (Input.touchCount == 1)
        {
            //Vector2 startPos = Input.compositionCursorPos;
            if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Began)
            {
                startPos = Input.GetTouch(0).position;
                //tempPos = startPos;
            }
            //if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Ended)
            //{
            //    tempPos = startPos;
            //}
            if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Moved)
            {
                tempPos = Event.current.mousePosition;

                float tempX = tempPos.x - startPos.x;
                    
                float tempY = tempPos.y - startPos.y;

                //tempPos = Input.GetTouch(0).deltaPosition;
                //float tempX = tempPos.x;

                //float tempY = tempPos.y;

                float tempZ = Mathf.Sqrt(radius * radius - tempX * tempX - tempY * tempY);

                tempVec = new Vector3(tempX, tempY, tempZ);

                angle = Mathf.Acos(Vector3.Dot(originalDir.normalized, tempVec.normalized)) * Mathf.Rad2Deg;

                normalAxis = getNormal(CenterPos, originalDir, tempVec);

                Cube.rotation = Quaternion.AngleAxis(2 *angle, normalAxis);

            }
        }
    }

    void OnGUI()
    {
        GUILayout.Label("StartPos 的坐標值為： "+startPos);
        GUILayout.Label("tempPos 的坐標值為： " + tempPos);
        GUILayout.Label("tempVec 的坐標值為： " + tempVec);
        GUILayout.Label("normalAxis 的坐標值為： " + normalAxis);
        GUILayout.Label("旋轉角度的值為： " + 2*angle);
        GUILayout.Label("Cube的四元數角度： " + Cube.rotation);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.x： " + Cube.rotation.eulerAngles.x);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.y： " + Cube.rotation.eulerAngles.y);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.z： " + Cube.rotation.eulerAngles.z);
    }

    private Vector3 getNormal(Vector3 p1,Vector3 p2,Vector3 p3)
    {
        float a = ((p2.y - p1.y) * (p3.z - p1.z) - (p2.z - p1.z) * (p3.y - p1.y));

        float b = ((p2.z - p1.z) * (p3.x - p1.x) - (p2.x - p1.x) * (p3.z - p1.z));

        float c = ((p2.x - p1.x) * (p3.y - p1.y) - (p2.y - p1.y) * (p3.x - p1.x));
        //a對應的屏幕的垂直方向，b對應的屏幕的水平方向。
        return new Vector3(a, -b, c);
    }
}

　　如果我們將這個在新機上運行，會發現在第一次手指滑動旋轉是正常的，但是第二次就會有個跳動的過程。在這里我們需要注意一個問題，四元數函數Quaternion.AngleAxis是將立方體以初始的旋轉角度來進行圍繞着軸Axis旋轉Angle角度，不是在上一個狀態下的增量。如果需要延續上一次的旋轉狀態，就需要將這個物體的rotation恢復到初始的狀態。按照這個思路，我在Cube添加了一個父對象，我們在操作的時候對這個父對象進行操作，然后手指在離開屏幕的時候，將Cube脫離父對象，然后將父對象的rotation進行還原，再將Cube綁定為父物體的子對象，在一下次手指旋轉之后就會接着上一次的旋轉狀態進行旋轉，實現了旋轉的延續。

　　

　　實現的代碼為：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class gesture : MonoBehaviour {
    public Transform Cube;
    public Transform RotObj;
    private float radius = 1080;
    private Vector3 originalDir = new Vector3(0f,0f,1080f);
    private Vector3 CenterPos = new Vector3(0, 0, 0);
    private Vector2 startPos;
    private Vector2 tempPos;
    private Vector3 tempVec;
    private Vector3 normalAxis;
    private float angle;
    // Use this for initialization
    void Start () {
        Cube = GameObject.Find("Cube").transform;
    }
    
    // Update is called once per frame
    void Update () {
        if (Input.touchCount == 1)
        {
            //Vector2 startPos = Input.compositionCursorPos;
            if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Began)
            {
                startPos = Input.GetTouch(0).position;
            }
            if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Moved)
            {
                tempPos = Event.current.mousePosition;

                float tempX = tempPos.x - startPos.x;
                    
                float tempY = tempPos.y - startPos.y;

                float tempZ = Mathf.Sqrt(radius * radius - tempX * tempX - tempY * tempY);

                tempVec = new Vector3(tempX, tempY, tempZ);

                angle = Mathf.Acos(Vector3.Dot(originalDir.normalized, tempVec.normalized)) * Mathf.Rad2Deg;

                normalAxis = getNormal(CenterPos, originalDir, tempVec);

                RotObj.rotation = Quaternion.AngleAxis(2 *angle, normalAxis);

            }
            if (Input.GetTouch(0).phase == TouchPhase.Ended)
            {
                Cube.transform.parent = null;
                RotObj.rotation = Quaternion.identity;
                Cube.parent = RotObj;
            }
        }
    }

    void OnGUI()
    {
        GUILayout.Label("StartPos 的坐標值為： "+startPos);
        GUILayout.Label("tempPos 的坐標值為： " + tempPos);
        GUILayout.Label("tempVec 的坐標值為： " + tempVec);
        GUILayout.Label("normalAxis 的坐標值為： " + normalAxis);
        GUILayout.Label("旋轉角度的值為： " + 2*angle);
        GUILayout.Label("Cube的四元數角度： " + Cube.rotation);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.x： " + Cube.rotation.eulerAngles.x);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.y： " + Cube.rotation.eulerAngles.y);
        GUILayout.Label("Cube de rotation.z： " + Cube.rotation.eulerAngles.z);
    }

    private Vector3 getNormal(Vector3 p1,Vector3 p2,Vector3 p3)
    {
        float a = ((p2.y - p1.y) * (p3.z - p1.z) - (p2.z - p1.z) * (p3.y - p1.y));

        float b = ((p2.z - p1.z) * (p3.x - p1.x) - (p2.x - p1.x) * (p3.z - p1.z));

        float c = ((p2.x - p1.x) * (p3.y - p1.y) - (p2.y - p1.y) * (p3.x - p1.x));
        //a對應的屏幕的垂直方向，b對應的屏幕的水平方向。
        return new Vector3(a, -b, c);
    }
}

　　現在對應着手指的滑動距離，然后調整參數radius，就可以實現比較順滑的旋轉效果，真機實現的效果就不展示了。