[Unity 3D] Quaternion.LookRotation

此函数作用是生成一个四元数表示的三维朝向，然后能够直接把这个朝向赋给游戏对象来变更其朝向，也能够通过线性插值（Quaternion.Slerp 和 Quaternion.Lerp）来实现游戏对象从当前朝向转到这个新生成的朝向上来。非常方便也非常好玩的东西，可就是两个參数理解起来太让人头大了……

　　官网对此函数的參数和解释例如以下：

Quaternion.LookRotation  

static function LookRotation (forward : Vector3, upwards : Vector3 = Vector3.up) : Quaternion

Description

Creates a rotation that looks along forward with the the head upwards along upwards

Logs an error if the forward direction is zero.

没看懂……没办法，仅仅好在Unity里动手做了一个小场景来试验。

试验内容非常easy：创建一个第一人称角色控制器。再创建一个浮空的方块，通过在方块的脚本中使用 Quaternion.LookRotation 和 Quaternion.Slerp 来让方块一直保持以正面朝向摄像机（也就是玩家视野），在游戏中当玩家移动时，方块也以一定的速率调整自己的朝向以保持面向玩家。准备妥当之后就执行场景，绕着这个方块猛转圈，而且调整 LookRotation 里的參数取值，观察取值不同一时候方块旋转的行为变化。

折腾了半天。最终找到了一点规律。

　　旋转都是相对的，须要有參照系。在三维游戏世界中，一个全局的參照系就是世界坐标系。

我们通常说的一个物体从一个朝向转到还有一个朝向。事实上就是从面向世界坐标系下的一个方向。转变为面向世界坐标系下的还有一个方向。这里假设再把 x，y，z 轴的定义加上的话。就变成了：物体自身坐标系的 +z 轴指向。从与世界坐标系下的一个矢量方向同样，转变为与世界坐标系下还有一个矢量方向同样。这个说法与我们平时的经验基本一致。可是却少了一点东西。

　　三维空间中的旋转有三种方式，相应三个坐标轴——绕x轴的旋转（yaw），绕y轴的旋转（pitch）和绕z轴的旋转（roll），不论什么旋转都能够由这三种旋转组合出来。依照坐标轴通常的定义，+z 轴方向事实上就是物体“面朝”的方向（游戏世界里，一个角色面朝的方向通常就是这个角色自身坐标系的 +z 轴方向）。

如今再来看之前的那个说法“物体自身坐标系的 +z 轴指向，从与世界坐标系下的一个矢量方向同样，转变为与世界坐标系下还有一个矢量方向同样”，+z 轴指向改变——+z 轴指向能够变成指向空间中的不论什么一个方向，但这却仅仅涉及到绕 x 轴的旋转和绕 y 轴的旋转，那么绕 z 轴自身的旋转呢？绕 z 轴旋转事实上就是面朝方向不变时本体翻转，基本能够觉得是側向翻倒。而就我们的日常经验来说，要面朝一个方向，通常仅仅须要抬头、低头、左转、右转即可了，非常少会側倒。假如我们不想让一个物体在旋转时发生側向翻倒，那么就须要对物体三维旋转加上一个约束，限制一个旋转自由度（绕 Z 轴旋转的自由度）。

　　如今来看 LookRotation 的两个參数，第一个參数 forward。是一个三元组，也就是三个浮点数的组合。这个三元组能够确定世界坐标系下的一个点。从世界坐标系的坐标原点到这个定点就构成了一个三维空间矢量。当我们忽略这个矢量的长度时，它就退化为一个纯粹的方向指示，换句话说，这第一个參数 forward 确定了一个世界坐标系下的方向，而这个方向就是物体转动后 +z 轴所要指向的方向；第二个參数 upwards，也是个三元组（之前没看懂就是没看懂在这个參数上，一致闹不明确这个三元组是干啥用的），这个三元组相同能够确定一个世界坐标系下的方向，物体转动后 x 轴必须与这个方向垂直（假设转动前物体的x轴不满足此条件，那么物体除了改变朝向外还会绕 z 轴旋转以确保转动结束后 x 轴与此方向垂直）。

　　假如，我们如今给出两个三元组。那么就定下了世界坐标系下的两个方向——方向 A 和方向 B，然后用 LookRotation 按照这两个三元组生成一个旋转，并将这个旋转应用到一个游戏中的物体上去，那么游戏中的这个物体就会先将自己的面朝方向转到与方向 A 一致。然后绕自己的 z 轴旋转，直到自己的x轴与方向 B 垂直为止（当然了，在对这个旋转过程应用线性插值时，能够看到上述前后两次旋转事实上是同步进行的。也就是在同一次旋转中完毕）。这里能够再思考一下。有没有可能出现这种情况：无论物体怎么绕 z 轴转，x 轴都无法与 B 方向垂直。

答案是：不可能。由于，既然是绕 z 轴旋转。那么 x 轴的旋转轨迹就构成了一个与 z 轴垂直的平面，x 轴的方向能够是这个平面上的随意一个方向；而空间中的方向 B 必定会在这个平面上产生一个投影。仅仅要与这个投影的方向垂直。就必定与产生投影的空间方向 B 垂直。既然 x 轴方向能够是这个平面上的随意一个方向，那么它就必定能够找到一个方向