Unity 模拟高度尺系统开发详解——实现拖动、范围限制、碰撞吸附与本地坐标轴选择

news2025/6/3 5:49:42

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Unity 模拟高度尺系统开发详解——实现拖动、范围限制、碰撞吸附与本地坐标轴选择
     
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前言:

  在Unity开发中,构建一个可交互的高度尺控制器是许多3D工具类项目中的常见需求。本文将基于最新的 HeightGaugeController.cs 脚本,详细介绍如何通过 鼠标拖拽、坐标转换、触发器碰撞检测和轴向限制 实现一个完整的高度尺系统。


文章目录

  • 🧭 一、项目背景与目标
  • 🛠️ 二、对象层级结构与组件配置
    • 1. 场景层级结构建议如下:
    • 2. 关键组件说明
  • 🔧 三、核心功能解析
    • 1. 拖动逻辑
    • 2. 限定上下范围
    • 3. 碰撞检测并吸附表面
    • 4. 使用本地坐标,支持轴向选择
    • 5. 屏幕坐标 → 世界坐标 → 本地坐标转换(关键逻辑)
  • 📐 四、核心函数 GetMeasurePos() 解析
  • 📌 五、变量管理与状态同步
  • 💡 六、自定义组件:MeasurementObject.cs
  • ⚙️ 七、完整代码清单(含注释)
  • 八、项目地址


🧭 一、项目背景与目标


在工业仿真、VR/AR 教学或虚拟装配场景中,我们经常需要模拟现实中的“高度尺”、“卡尺”等测量工具。

本教程将带你一步步实现一个 Unity 中的高度尺模拟系统 ,支持:

✅ 鼠标拖动爪子
✅ 精准限制移动范围(上下限)
✅ 碰撞物体后自动吸附表面
✅ 支持 X/Y/Z 轴向选择
✅ 使用本地坐标系,确保旋转不影响方向
✅ 屏幕坐标 → 世界坐标 → 本地坐标准确转换
✅ 对象层级结构与设置说明

在这里插入图片描述



🛠️ 二、对象层级结构与组件配置


1. 场景层级结构建议如下:


HeightGauge(空对象)
├──Scaleplate
│	├── Claw (爪子)  
│   │──	├── BoxCollider(勾选 isTrigger)
│   └──	└── HeightGaugeController.cs  
│	│──	LowestLevel (底部刻度点)  
│   └── └── Transform.localPosition.y = 0(作为参考点)  
│	├── HighestLevel (顶部刻度点)  
│   └── └── Transform.localPosition.y = 10(作为上限)  
MeasurementObject (被测物体)  
    └── Collider + MeasurementObject.cs(定义接触面位置)

2. 关键组件说明


BoxCollider (勾选 isTrigger )用于触发检测,判断是否点击或碰到物体
HeightGaugeController.cs核心脚本,控制拖动、限制、吸附、坐标转换
MeasurementObject.cs提供触碰时的表面位置

在这里插入图片描述


🔧 三、核心功能解析


1. 拖动逻辑


private bool RaycastGrabClaw()
{
    Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
    RaycastHit hit;

    if (Physics.Raycast(ray, out hit) && hit.transform == transform)
    {
        return true;
    }

    return false;
}

原理说明:

  • 使用射线检测判断是否点击到了当前爪子对象
  • 如果返回 true,表示可以开始拖动
  • 记录初始鼠标位置和爪子位置,用于后续计算偏移量

2. 限定上下范围


newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);

实现逻辑:

  • 在 GetMeasurePos() 中对新位置做 Mathf.Clamp() 限制
  • 确保不会超出标尺上下限
  • 支持 X/Y/Z 轴自由切换

3. 碰撞检测并吸附表面


使用 Trigger 系统来检测是否接触到测量物体,并记录其表面位置:
private void OnTriggerStay(Collider other)
{
    if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0)
    {
        isClawColliding = true;
        MeasurementObject measurement = other.GetComponent<MeasurementObject>();
        colliderPosition = measurement.surface.position;
    }
}

private void OnTriggerExit(Collider other)
{
    if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0)
    {
        isClawColliding = false;
        colliderPosition = Vector3.zero;
    }
}

吸附逻辑:

  • 判断是否是向下移动
    -若发生碰撞,则更新位置为接触点
  • 不允许继续下移,但允许上移
if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding)
{
    newPosition.y = clawTargetPos.y;
}

4. 使用本地坐标,支持轴向选择


public enum MeasurementAxis
{
    X,
    Y,
    Z
}

根据枚举值动态选择轴向:

switch (measurementAxis)
{
    case MeasurementAxis.X:
        // X 方向移动逻辑
        break;
    case MeasurementAxis.Y:
        // Y 方向移动逻辑
        break;
    case MeasurementAxis.Z:
        // Z 方向移动逻辑
        break;
}

优点:

  • 爪子即使旋转也不会影响移动方向
  • 支持横版、竖版等多种测量方式

5. 屏幕坐标 → 世界坐标 → 本地坐标转换(关键逻辑)


float GetDepthInCameraSpace()
{
    return Vector3.Dot(transform.position - Camera.main.transform.position, Camera.main.transform.forward);
}

Vector3 ScenePointToLocalPoint()
{
    float depth = GetDepthInCameraSpace();
    Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, depth));
    return WordPointToLocalPoint(worldPos);
}

private Vector3 WordPointToLocalPoint(Vector3 worldPosition)
{
    return transform.parent.InverseTransformPoint(worldPosition);
}

转换流程:

  • 获取相机到爪子的 Z 轴投影作为深度值
  • 使用 ScreenToWorldPoint 转换屏幕坐标为世界坐标
  • 再通过 InverseTransformPoint 转换为父级下的本地坐标

📌 注意:

  • 深度值不能直接用 Input.mousePosition.z,而是要用相机空间中的 Z 投影
  • 这样才能保证坐标转换准确无误


📐 四、核心函数 GetMeasurePos() 解析


private Vector3 GetMeasurePos()
{
    Vector3 newPosition = Vector3.zero;

    switch (measurementAxis)
    {
        case MeasurementAxis.X:
            newPosition = clawInitialPos + new Vector3(delta.x, 0, 0);
            newPosition.x = Mathf.Clamp(newPosition.x, lowestLevel.localPosition.x, highestLevel.localPosition.x);

            if (newPosition.x <= clawTargetPos.x && isClawColliding)
            {
                newPosition.x = clawTargetPos.x;
            }
            break;

        case MeasurementAxis.Y:
            newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, delta.y, 0);
            newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);

            if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding)
            {
                newPosition.y = clawTargetPos.y;
            }
            break;

        case MeasurementAxis.Z:
            newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, 0, delta.z);
            newPosition.z = Mathf.Clamp(newPosition.z, lowestLevel.localPosition.z, highestLevel.localPosition.z);

            if (newPosition.z <= clawTargetPos.z && isClawColliding)
            {
                newPosition.z = clawTargetPos.z;
            }
            break;
    }

    return newPosition;
}

流程说明:

  • 获取增量 :delta = mouseCurrentPos - mouseInitialPos
  • 计算新位置 :基于初始位置 + 增量
  • 限制范围 :使用 Mathf.Clamp() 防止越界
  • 碰撞处理 :如果是向下移动且发生碰撞,禁止进一步下移


📌 五、变量管理与状态同步


为了避免松开鼠标后仍执行一次赋值导致误动作,加入了状态同步机制:

private void ResetVariables()
{
    mouseCurentPos = Vector3.zero;
    mouseInitialPos = Vector3.zero;
    clawInitialPos = Vector3.zero;
    clawTargetPos = Vector3.zero;
    delta = Vector3.zero;
}

并在松开鼠标时调用:

if (Input.GetMouseButtonUp(0))
{
    isDragging = false;
    ResetVariables();
}


💡 六、自定义组件:MeasurementObject.cs


为了让测量物体能提供“表面位置”,我们创建一个辅助类:

public class MeasurementObject : MonoBehaviour
{
    public Transform surface; // 表面位置(如物体顶部)
}

你可以把这个组件挂在测量物体上,并设置一个 Transform 来代表“接触面”的位置。



⚙️ 七、完整代码清单(含注释)


以下是完整 C# 脚本,已加入详细注释,方便理解和复用。

文件名:HeightGaugeController.cs

using UnityEngine;
public enum MeasurementAxis
{
    X,
    Y,
    Z
}

public class HeightGaugeController : MonoBehaviour
{
    // 底部标尺的 Transform
    public Transform lowestLevel;
    // 顶部标尺的 Transform
    public Transform highestLevel;
    // 测量轴
    public MeasurementAxis measurementAxis = MeasurementAxis.Y;
    // 用于指定哪些层可以被击中
    public LayerMask collisionLayer;

    // 鼠标初始位置
    private Vector3 mouseInitialPos;
    // 鼠标当前目标位置
    private Vector3 mouseCurentPos;
    // 增量
    private Vector3 delta;
    // 爪子初始位置
    private Vector3 clawInitialPos;
    // 爪子目标位置
    private Vector3 clawTargetPos;
    private bool isDragging = false;
    public bool isClawColliding = false;

    private Vector3 colliderPosition; // 爪子碰撞器位置

    public float measureHeight; // 爪子高度


    void Update()
    {
        if (Input.GetMouseButtonDown(0))
        {
            if (RaycastGrabClaw())
            {
                isDragging = true;

                mouseInitialPos = ScenePointToLocalPoint();
                clawInitialPos = transform.localPosition;
            }
        }

        if (isDragging && Input.GetMouseButton(0))
        {
            mouseCurentPos = ScenePointToLocalPoint();

            delta = mouseCurentPos - mouseInitialPos;

            clawTargetPos = GetMeasurePos();

            transform.localPosition = clawTargetPos;

            measureHeight = (transform.localPosition - lowestLevel.localPosition).y;
        }

        if (Input.GetMouseButtonUp(0))
        {
            isDragging = false;
            ResetVariables();
        }
    }
    
	private void ResetVariables()
	{
	     mouseCurentPos = Vector3.zero;  // 重置目标位置
         mouseInitialPos = Vector3.zero; // 重置初始位置
         clawInitialPos = Vector3.zero;  // 重置初始爪子位置
         clawTargetPos = Vector3.zero;   // 重置当前目标位置
         delta = Vector3.zero;           // 重置增量
	}

    /// <summary>
    /// 检测鼠标是否点击了爪子,并返回是否成功点击。
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    private bool RaycastGrabClaw()
    {
        // 检测鼠标是否点击了爪子
        Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
        RaycastHit hit;

        if (Physics.Raycast(ray, out hit) && hit.transform == transform)
        {
            return true;
        }

        return false;
    }

    /// <summary>
    /// 这里把屏幕坐标转换为世界坐标,使用target在相机空间中的 Z 轴深度。
    /// </summary>
    /// <param name="target"></param>
    Vector3 ScenePointToLocalPoint()
    {
        Vector3 currentScreenPos = Input.mousePosition;

        float depth = GetDepthInCameraSpace(); // 使用相同深度

        Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(currentScreenPos.x, currentScreenPos.y, depth));

        return WordPointToLocalPoint(worldPos);
    }

    /// <summary>
    /// 获取物体在相机本地空间中的 Z 值(这才是 ScreenToWorldPoint 需要的深度)
    /// </summary>
    /// <param name="target"></param>
    /// <returns></returns>
    float GetDepthInCameraSpace()
    {
        return Vector3.Dot(transform.position - Camera.main.transform.position, Camera.main.transform.forward);
    }

    /// <summary>
    /// 把世界坐标转换为本地坐标
    /// </summary>
    /// <param name="worldPosition"></param>
    /// <returns></returns>
    private Vector3 WordPointToLocalPoint(Vector3 worldPosition)
    {
        return transform.parent.InverseTransformPoint(worldPosition);
    }

    private Vector3 GetMeasurePos()
    {
        Vector3 newPosition = Vector3.zero;

        switch (measurementAxis)
        {
            case MeasurementAxis.X:
                newPosition = clawInitialPos + new Vector3(delta.x, 0, 0);

                // 限制范围  
                newPosition.x = Mathf.Clamp(newPosition.x, lowestLevel.localPosition.x, highestLevel.localPosition.x);

                // 判断是否向下移动,并且碰撞了测量物体  
                if (newPosition.x <= clawTargetPos.x && isClawColliding)
                {
                    clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);

                    // 如果是向下移动并且碰到物体,不允许继续下移  
                    newPosition.x = clawTargetPos.x;
                }
                break;
            case MeasurementAxis.Y:

                newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, delta.y, 0);
                // 限制范围  
                newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);

                // 判断是否向下移动,并且碰撞了测量物体  
                if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding)
                {
                    clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);

                    // 如果是向下移动并且碰到物体,不允许继续下移  
                    newPosition.y = clawTargetPos.y;
                }
                break;
            case MeasurementAxis.Z:
                newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, 0, delta.z);
                // 限制范围  
                newPosition.z = Mathf.Clamp(newPosition.z, lowestLevel.localPosition.z, highestLevel.localPosition.z);

                // 判断是否向下移动,并且碰撞了测量物体  
                if (newPosition.z <= clawTargetPos.z && isClawColliding)
                {
                    clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);

                    // 如果是向下移动并且碰到物体,不允许继续下移  
                    newPosition.z = clawTargetPos.z;
                }
                break;
        }

        return newPosition;
    }

    private void OnTriggerStay(Collider other)
    {
        if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0)
        {
            isClawColliding = true;

            MeasurementObject measurement = other.GetComponent<MeasurementObject>();

            colliderPosition = measurement.surface.position;
        }
    }

    private void OnTriggerExit(Collider other)
    {
        if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0)
        {
            isClawColliding = false;
            colliderPosition = Vector3.zero;
        }
    }
}

在这里插入图片描述



八、项目地址


以下是项目地址,有需要的小伙伴门可以自取:

https://download.csdn.net/download/caiprogram123/90943926





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END
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MFC坦克大战游戏制作 前言 现在的游戏制作一般是easyx&#xff0c;有没有直接只用mfc框架的&#xff0c;笔者研究了一番&#xff0c;做出了一个雏形&#xff0c;下面把遇到的问题总结出来 一、MFC框架制作游戏 初步设想&#xff0c;MFC可以选用 对话框 或者 单文档 结构&…

Kafka ACK机制详解:数据可靠性与性能的权衡之道

在分布式消息系统中&#xff0c;消息确认机制是保障数据可靠性的关键。Apache Kafka 通过 ACK&#xff08;Acknowledgment&#xff09;机制 实现了灵活的数据确认策略&#xff0c;允许用户在 数据可靠性 和 系统性能 之间进行权衡。本文将深入解析 Kafka ACK 机制的工作原理、配…