Unity 第三人称摄像机

今天主要是简单的模拟下吃鸡游戏的第三人称摄像机的实现。

观察

我们玩过吃鸡手游的都知道，吃鸡的人物跟随的摄像机有两种状态

1. 滑动屏幕的时候，摄像机左右上下移动，人物也会跟随着左右移动，上下抬头低头（播放相应的动画，但是不上下移动）。摄像机始终保持着观察人物背面。左右可以360度旋转，上下会有个最大值和最小值的限制，无法达到0度往上看或90度往下看。

2. 按住拖动右上角小眼睛按钮，摄像机左右上下移动，人物不会跟随着左右转动，头会左右上下摆动。几乎可以360度观察人物。上下左右的限制与情况1相同。

在不考虑头部转动的情况下，可以总结出两种情况摄像机的转动围绕人物的规则都是一样的，即以一个固定半径形成的球面上移动，除去了球面的最上和最下的部分，视角始终看向球心。而当滑动屏幕的情况下，人物也随之左右自转，保持摄像机观察人物的正背面。

分析

根据表现的现象，我们可以分析出我们需要实现的逻辑。我们可以想象人物的正后面有一条直线line，方向为(0,0,-1)，摄像机离人物距离为distance，初始值摄像机的位置为(0,0,-distance)

当摄像机进行360度移动的时候，我们可以把移动操作拆分为两个步骤，首先是摄像机垂直移动，即以人物为中心，半径为distance的圆上移动。设垂直角度为α（0<min<α<max<90），则摄像机的高度y轴为distance*sin α，离人物的z轴距离为distance*cos α。此时摄像机的位置为(0,distance*sin α,-distance*cos α)

然后在之前的基础上，我们对摄像头进行水平移动，即以人物头顶高度distance*sin α的点为中心，半径为distance*cos α的圆上移动。设水平角度为β，则摄像机x轴为distance*cos α * sin β，z轴距离则更新为distance*cos α * cos β。

所以我们可以用两个角度α，β，来控制摄像机的转动，上下移动更新α值，左右移动更新β值，摄像机的位置为(distance*cos α * sin β, distance*sin α, -distance*cos α * cos β)，摄像机始终看向（LookAt）人物

接着我们要区分两种情况的人物状态，当滑动屏幕的时候，人物会随之一起反方向转动，从而保证摄像机始终观察着人物背面。所以当摄像机水平转了β度时，人物的转向应该为(0, -β, 0)。而按住小眼睛的时候，人物不需要随之移动，但是当松开小眼睛的时候，摄像头需要回归原始位置，所以在按下的时候，我们需要纪录按下时摄像机的偏移角度，以供松开时复原。

实现

Demo中我们一共有四个cs文件，一个控制小眼睛按钮，一个控制屏幕滑动，一个控制人物移动，最后一个就是控制摄像机了。

还有需要搭建一个简单的测试场景，里面有一个方块模拟角色，一个plane做地面，然后添加一个UGUI的Button做小眼睛按钮。

首先是人物移动的控制器PlayerController，就是做了简单的位移

using UnityEngine;namespace Test
{public class PlayerController : MonoBehaviour{//速度转换const float SPEED_CONVERTER = 0.3f;void Update(){float inputV = Input.GetAxis("Vertical");float inputH = Input.GetAxis("Horizontal");this.transform.position += this.transform.forward * inputV * SPEED_CONVERTER;this.transform.position += this.transform.right * inputH * SPEED_CONVERTER;}}
}

接着是我们的摄像机控制器ThridPlayerCameraController，对摄像机的转动进行操作

using UnityEngine;namespace CameraTool
{[RequireComponent(typeof(Camera))]public class ThridPlayerCameraController : MonoBehaviour{[SerializeField] Transform m_target;//相机与人物距离[SerializeField] float m_distance = 5;//初始化的偏移角度，以人物的(0,0,-1)为基准[SerializeField] float m_offsetAngleX = 0;[SerializeField] float m_offsetAngleY = 45;//相机与人物的坐标的偏移量Vector3 m_offsetVector;//纪录偏移角度用于复原float m_recordAngleX;float m_recordAngleY;//相机是否在旋转，旋转中需要一直重新计算 m_offsetVectorbool m_isRotateing = false;//弧度，用于Mathf.Sin，Mathf.Cos的计算const float ANGLE_CONVERTER = Mathf.PI / 180;//相机上下的最大最小角度const float MAX_ANGLE_Y = 80;const float MIN_ANGLE_Y = 10;Transform m_trans;public Transform mineTransform{get{if (m_trans == null){m_trans = this.transform;}return m_trans;}}GameObject m_go;public GameObject mineGameObject{get{if (m_go == null){m_go = this.gameObject;}return m_go;}}void Start(){CalculateOffset();}void LateUpdate(){//相机坐标 = 人物坐标 + 偏移坐标mineTransform.position = m_target.position + m_offsetVector;mineTransform.LookAt(m_target);}void Update(){if (m_isRotateing){CalculateOffset();}}//计算偏移，可以想象成在一个球面转，m_distance为半径，m_offsetAngleY决定了相机的高度y//高度确定后，就是在一个圆面上转，根据m_offsetAngleX计算出x与zvoid CalculateOffset(){m_offsetVector.y = m_distance * Mathf.Sin(m_offsetAngleY * ANGLE_CONVERTER);float newRadius = m_distance * Mathf.Cos(m_offsetAngleY * ANGLE_CONVERTER);m_offsetVector.x = newRadius * Mathf.Sin(m_offsetAngleX * ANGLE_CONVERTER);m_offsetVector.z = -newRadius * Mathf.Cos(m_offsetAngleX * ANGLE_CONVERTER);}//开始旋转，纪录当前偏移角度，用于复原public void StartRotate(){m_isRotateing = true;m_recordAngleX = m_offsetAngleX;m_recordAngleY = m_offsetAngleY;}//旋转，修改偏移角度的值，屏幕左右滑动即修改m_offsetAngleX，上下滑动修改m_offsetAngleYpublic void Rotate(float x, float y){if (x != 0){m_offsetAngleX += x;}if (y != 0){m_offsetAngleY += y;m_offsetAngleY = m_offsetAngleY > MAX_ANGLE_Y ? MAX_ANGLE_Y : m_offsetAngleY;m_offsetAngleY = m_offsetAngleY < MIN_ANGLE_Y ? MIN_ANGLE_Y : m_offsetAngleY;}}//旋转结束，如需要复原镜头则，偏移角度还原并计算偏移坐标public void EndRotate(bool isNeedReset = false){m_isRotateing = false;if (isNeedReset){m_offsetAngleY = m_recordAngleY;m_offsetAngleX = m_recordAngleX;CalculateOffset();}}}
}

接着就是两个UI控制器UIController 和 SmallEyeController，实现IDragHandler, IBeginDragHandler, IEndDragHandler接口

using UnityEngine;
using UnityEngine.EventSystems;namespace Test
{public class UIController : MonoBehaviour, IDragHandler, IBeginDragHandler, IEndDragHandler{[SerializeField] Transform m_target;[SerializeField] CameraTool.ThridPlayerCameraController m_thridCamera;//滑动的偏移转换为角度偏移的系数const float DRAG_TO_ANGLE = 0.5f;Vector2 m_previousPressPosition;float m_angleX, m_angleY;public void OnBeginDrag(PointerEventData eventData){m_previousPressPosition = eventData.position;m_thridCamera.StartRotate();}public void OnDrag(PointerEventData eventData){//滑动屏幕，人物和摄像机一起旋转（人物只转Y轴，即左右旋转）m_angleX = (eventData.position.x - m_previousPressPosition.x) * DRAG_TO_ANGLE;m_angleY = (eventData.position.y - m_previousPressPosition.y) * DRAG_TO_ANGLE;m_thridCamera.Rotate(-m_angleX, -m_angleY);m_target.Rotate(new Vector3(0, m_angleX, 0));m_previousPressPosition = eventData.position;}public void OnEndDrag(PointerEventData eventData){m_thridCamera.EndRotate();}}
}

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;
using UnityEngine.EventSystems;namespace Test{public class SmallEyeController : MonoBehaviour, IDragHandler, IBeginDragHandler, IEndDragHandler{[SerializeField] CameraTool.ThridPlayerCameraController m_thridCamera;const float DRAG_TO_ANGLE = 0.5f;Vector2 m_previousPressPosition;float m_angleX, m_angleY;Image m_image;void Start(){m_image = GetComponent<Image>();}public void OnBeginDrag(PointerEventData eventData){m_previousPressPosition = eventData.position;m_thridCamera.StartRotate();m_image.color = Color.gray;}public void OnDrag(PointerEventData eventData){//滑动小眼睛按钮，只旋转摄像机m_angleX = (eventData.position.x - m_previousPressPosition.x) * DRAG_TO_ANGLE;m_angleY = (eventData.position.y - m_previousPressPosition.y) * DRAG_TO_ANGLE;m_thridCamera.Rotate(-m_angleX, -m_angleY);m_previousPressPosition = eventData.position;}public void OnEndDrag(PointerEventData eventData){m_image.color = Color.white;m_thridCamera.EndRotate(true);}}
}

效果图

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