2.3 相机跟随

相机是场景中不可缺少的元素，它就像是人的眼睛，三维场景的呈现方式，最后还是要通过相机来确定。图2-9展示了相机的视野范围。

通常第一人称或第三人称的游戏，相机会跟随角色移动，故而要实现下面3个功能。

1）相机跟随坦克移动。

2）鼠标控制相机的角度。

3）鼠标滚轮调整相机与坦克的距离。

下面实现的是一套通用的第三人称相机组件，除了可以用于坦克游戏中，还可以把它抽出来，用在更多的游戏中。

2.3.1 数学原理

复习三角函数：因为本节会涉及sin、cos等三角函数，如果遗忘了这些知识，可以参阅相关资料（如百度百科的“三角函数公式”词条）。在图2-10所示的三角形中，角A的角度为θ，假设已知边AB的长度，那么由公式AC=AB·cosθ, BC=AB·sinθ即可求出边AC和BC的长度。

要想让相机跟随坦克移动，就要明白在一定角度下相机与坦克的位置关系。如图2-11所示，设相机与坦克的距离为distance，相机与xz平面的角度为roll。根据三角关系即可求得映射在xz平面的距离d为distance·cos(roll)，相机高度为distance·sin(roll)。

在图2-12所示的xz平面中，设相机与坦克的距离为d（即图2-11中distance映射在xz平面的长度），相机的旋转角度为rot。由图2-12可知，相机与坦克的连线与x轴的角度为rot-180。根据三角函数，即可得出x轴的位移为d·sin(rot), z轴的位移为d·cos(rot)。所以，只要用坦克的坐标减去相对位移，便能求出相机的坐标。

2.3.2 跟随算法

新建名为CameraFollow.cs的文件，在CameraFollow类中编写相机的跟随功能，代码如下所示。

程序解释如下所示。

1）定义3个变量distance、rot、roll分别代表距离、横向角度和纵向角度（参见图2-11和图2-12）。由于Mathf.Sin和Mathf.Cos使用弧度作为单位，因此这里的角度都用弧度来表示。根据“弧度=角度*2π/360”可以得知，30f*Mathf.PI*2/360便是30度所对应的弧度值。

2）定义变量target表示相机要跟随的物体。然后在Start()方法中通过Game-Object.Find找到场景中的坦克，赋值给target（或通过2.3.3节实现的SetTarget方法）。注意Find方法的参数要与场景中的坦克名相同。

GameObject.Find(名字)会根据参数所指定的名字，在场景中查找物体。如果场景中存在对应名字的物体，那么它将会返回该游戏对象，否则返回null。层次面板中显示了场景中所有游戏物体的名字，读者可以右键该物体，选择Rename菜单项来修改名字（如图2-13所示）。

3）在LateUpdate()中通过上文得出的位置关系计算出相机的新位置，最后使用transform. LookAt方法使相机对准目标。读者还记得前面提及的Update方法吗？Unity3D会在每一帧中调用它，那么LateUpdate又是什么呢？这里将涉及Unity3D的生命周期。

图2-14描述了Unity3D组件的生命周期。当组件被创建时（进入场景后，场景里的所有游戏对象和组件都会被创建）, Unity3D会依次调用它们的Awake和Start方法，然后在每一帧中依次调用Update和LateUpdate方法。也就是说Unity3D会在调用所有组件的Update方法后再调用LateUpdate。通过Update和LateUpdate可以控制脚本的执行顺序，例如在Update里编写移动物体的代表，在LateUpdate中实现跟随物体的相机。

4） Camera.main表示场景中的主相机，它是第一个启用的被标记为“Main-Camera”的相机。只需要给Camera.main.transform.position赋值即可设置相机位置。下列几行代码将根据2.3.1节中所叙述的数学原理，计算相机的位置，并保存到Vector3类型的cameraPos中。

    Vector3 cameraPos;
    float d = distance ＊Mathf.Cos (roll);
    float height = distance ＊ Mathf.Sin(roll);
    cameraPos.x = targetPos.x +d ＊ Mathf.Cos(rot);
    cameraPos.z = targetPos.z + d ＊ Mathf.Sin(rot);
    cameraPos.y = targetPos.y + height;

5）Camera.main.transform.LookAt()使相机旋转，对准它所跟随的物体。图2-15 （左）展示了相机与立方体的初始位置关系，在调用LookAt方法后，相机的旋转角度如图2-15（右）所示，对准了立方体。

现在，将CameraFollow脚本拉到相机身上，调整CameraFollow组件的距离和初始角度（如图2-16所示）。然后绘制一块地形，使玩家能够感受到坦克的移动过程。运行游戏，即可看到相机跟随在坦克后面（如图2-17所示）。

2.3.3 设置跟随目标

在CameraFollow类中添加SetTarget方法，设置相机对准的目标。不同的三维模型其中心点会有所不同，图2-18展示的是相机对准不同中心点的情况。中心点不同，玩家所看到的视角也就不同（如图2-20所示）。

为了能够指定相机对准的中心点，特制定如下规则。

1）如果对准的物体带有名为cameraPoint的子物体，那么相机对准cameraPoint子物体。

2）如果物体不含名为cameraPoint的子物体，则对准物体中心点。

下面是相应的代码。

可以在炮塔上方添加一个名为cameraPoint的方块（作为Tank的子物体），精确控制相机对准的中心点（如图2-19所示）。

图2-20展示了cameraPoint在不同位置时，相机的视角的变化。

2.3.4 横向旋转相机

本节将实现通过鼠标来控制相机旋转的功能，当鼠标向左移动时，相机随之“左转”；当鼠标向右移动时，相机随之“右转”。这样，玩家便可以从各个方向查看坦克模型（如图2-21所示）。

Unity3D的输入轴Mouse X和Mouse Y代表着鼠标的移动增量，也就是说当鼠标向左移动时，Input.GetAxis （"Mouse X"）的值会增大，向右则减小。只要让旋转角度rot与Mouse X成正比关系，便能够通过鼠标控制相机的角度。

在CameraFollow类中新增变量rotSpeed，表示相机旋转的速度。然后编写Rotate()方法，使相机的横向角度rot随着Input.GetAxis （"Mouse X"）的改变而改变，代码如下所示。

最后在LateUpdate ()中调用Rotate()。运行游戏后，镜头将随着鼠标的移动而转动，玩家便可以从各个角度观察坦克了。

    void LateUpdate ()
    {
    //一些判断
    if (target == null)
        return;
    if (Camera.main == null)
        return;
    //横向旋转
    Rotate();
    ……

Unity3D的输入轴请参见InputManager面板（可通过Edit→Project Settings→Input打开，面板如图2-22所示），默认包含Mouse X、Mouse Y、Mouse ScrollWheel（鼠标滚轮）、Horizontal（水平轴）、Vertical（垂直轴）等多个参数项。我们会在使用到具体的输入轴时再做说明。

2.3.5 纵向旋转相机

除了操控相机的横向角度，玩家还可以调整相机的高度。下面的代码通过maxRoll和minRoll定义了相机的纵向旋转范围（以弧度表示），通过rollSpeed给出旋转的速度。

    //纵向角度范围
    private float maxRoll = 70f ＊ Mathf.PI ＊ 2 / 360;
    private float minRoll = -10f ＊ Mathf.PI ＊ 2 / 360;
    //纵向旋转速度
    private float rollSpeed = 0.2f;

在CameraFollow类中编写Roll方法，使相机纵向角度roll随着Input.GetAxis （"Mouse Y"）的改变而改变。最后在LateUpdate()里调用它，代码如下所示。

运行游戏，即可在各个角度观察坦克（如图2-23所示）。

2.3.6 滚轮调节距离

本节将会实现用鼠标滚轮调节相机与坦克之间距离的功能。输入轴Mouse Scroll-Wheel代表鼠标滚轮，即通过Input.GetAxis （"Mouse ScrollWheel"）可以获取鼠标滚轮的增量，当滚轮向上滚动时该值减少，向下滚动时该值增加。添加maxDistance、minDistance和zoomSpeed这3个调整距离的变量，其中maxDistance和minDistance表示距离的范围，zoomSpeed表示缩放的速度，代码如下所示。

    //距离范围
    public float maxDistance = 22f;
    public float minDistance = 5f;
    //距离变化速度
    public float zoomSpeed = 0.2f;

在CameraFollow类中添加Zoom方法实现距离缩放，并在LateUpdate ()里调用它，代码如下所示。

运行游戏，滚动鼠标滚轮，相机与坦克的距离就会随之改变（如图2-24所示）。