文章目录

1 定义
2 几何意义
3 向量a·向量b = x_ax_b+y_ay_b+z_az_b
4 应用案例
- 4.1 求两向量的夹角
- 4.2 判断两向量是否垂直
- 4.3 判断NPC是否在攻击范围内
- 4.4 已知入射光线和表面法线求反射光线
5 项目

1 定义

可知，点积得到的是一个标量，这个标量代表什么呢？

2 几何意义

如果b⃗\vec{b}b为单位向量，则表示向量a⃗\vec{a}a在向量b⃗\vec{b}b上的投影长度。

3 向量a·向量b = x_ax_b+y_ay_b+z_az_b

上面这公式是怎么来的？
设

根据余弦定理有

所以

4 应用案例

4.1 求两向量的夹角

已知向量

根据点积的定义，则有

当然，这个方法Unity已经帮我封装好了，咱们要求两个向量的夹角，直接用Vector3.Angle这个方法就好。Vector3.Angle的源码如下，可以看到其内部其实就是实现了上面这个公式。

    /// <summary>///   <para>Returns the angle in degrees between from and to.</para>/// </summary>/// <param name="from">The vector from which the angular difference is measured.</param>/// <param name="to">The vector to which the angular difference is measured.</param>/// <returns>///   <para>The angle in degrees between the two vectors.</para>/// </returns>public static float Angle(Vector3 from, Vector3 to){float num = (float) Math.Sqrt((double) from.sqrMagnitude * (double) to.sqrMagnitude);if ((double) num < 1.00000000362749E-15)return 0.0f;return (float) Math.Acos((double) Mathf.Clamp(Vector3.Dot(from, to) / num, -1f, 1f)) * 57.29578f;}

4.2 判断两向量是否垂直

两向量垂直时，两者夹角为90°，而cos90° = 0，故a⃗\vec{a}a·b⃗\vec{b}b =0。
换句话说，只要a⃗\vec{a}a和b⃗\vec{b}b均不为空向量，只要a⃗\vec{a}a·b⃗\vec{b}b =0，就说明两向量垂直。

4.3 判断NPC是否在攻击范围内

假设玩家的攻击范围为左右各60°，最大攻击半径为10。设玩家的位置为A(x_a , y_a, z_a)，怪兽的位置为B(x_b, y_b, z_b)，判断怪兽是否在人的攻击范围内？
很简单，先判断两者的距离是否小于10，若大于则不在攻击范围内。
再判断AB⃗\vec{AB}AB与玩家前方的夹角是否小于30°，若大于则不在攻击范围内，若小于等于则在攻击范围内。
代码也很简单，两者的距离可通过Vector3.Distance求得，AB⃗\vec{AB}AB与玩家前方的夹角通过Vector3.Angle求得，代码如下。

// 判断targetPos是否在视线范围内
public bool IsInView(Vector3 targetPos)
{// 玩家位置Vector3 selfPos = m_GameObject.transform.position;if (Vector3.Distance(selfPos, targetPos) > 10f)return false;Vector3 loorDir = targetPos - selfPos;if (Vector3.Angle(loorDir, m_GameObject.transform.forward) < 30f)return true;return false;
}

然后在Unity中测试一下。可以看到，咱们的分析是正确的。

4.4 已知入射光线和表面法线求反射光线

如图，已知入射光线AO⃗\vec{AO}AO和表面法线n⃗\vec{n}n（假定为单位向量），求反射光线OB⃗\vec{OB}OB。

直接看计算过程。

又

上面这公式怎么来的？还记得点积的几何意义吗？

如果b⃗\vec{b}b为单位向量，则表示向量a⃗\vec{a}a在向量b⃗\vec{b}b上的投影长度。

这里的OP⃗\vec{OP}OP的长度不正好是OA⃗\vec{OA}OA在单位向量n⃗\vec{n}n上的投影长度么。OP⃗\vec{OP}OP的长度求到后，再乘以它的方向n⃗\vec{n}n，咱们就求到OP⃗\vec{OP}OP了。
完整的推导如下。

代码如下：

/// <summary>
/// 计算反射光线
/// </summary>
/// <param name="lightDir">入射光线</param>
/// <param name="normalDir">表面法线(单位向量)</param>
/// <returns>反射光线</returns>
private Vector3 CalcReflectDir(Vector3 lightDir, Vector3 normalDir)
{return lightDir - 2 * Vector3.Dot(lightDir, normalDir) * normalDir;
}

在Unity中验证一下。

5 项目

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