Unity基础-Mathf相关

news2025/6/10 2:20:06

Unity基础-Mathf相关

一、Mathf数学工具

概述

Mathf是Unity中封装好用于数学计算的工具结构体，提供了丰富的数学计算方法，特别适用于游戏开发场景。它是Unity开发中最常用的数学工具之一，能够帮助我们处理各种数学计算和插值运算。

Mathf与Math的区别

Math是C#中封装好用于数学计算的工具类——位于System命名空间下
Mathf是Unity中封装好用于数学计算的工具结构体
二者相关方法几乎一样
Math是C#自带的工具类，主要提供有关数学的方法
Mathf是Unity专门封装的，包含Math的相关方法，还有适用游戏开发的相关方法

Mathf常用方法

1. 计算一次的方法

// 1. 圆周率PI
print(Mathf.PI); // 输出3.141593

// 2. 绝对值Abs
print(Mathf.Abs(-10)); // 输出10

// 3. 向上取整CeilToInt
print(Mathf.CeilToInt(1.1f)); // 输出2

// 4. 向下取整FloorToInt
print(Mathf.FloorToInt(1.9f)); // 输出1

// 5. 钳制函数Clamp
print(Mathf.Clamp(10, 0, 5)); // 输出5
print(Mathf.Clamp(20, 0, 25)); // 输出25
print(Mathf.Clamp(-1, 0, 25)); // 输出0

// 6. 最大值Max
print(Mathf.Max(1, 2)); // 输出2

// 7. 最小值Min
print(Mathf.Min(1, 2)); // 输出1

// 8. 幂运算Pow
print(Mathf.Pow(2, 3)); // 输出8

// 9. 四舍五入RoundToInt
print(Mathf.RoundToInt(1.5f)); // 输出2

// 10. 平方根Sqrt
print(Mathf.Sqrt(4)); // 输出2

// 11. 是否为2的幂IsPowerOfTwo
print(Mathf.IsPowerOfTwo(4)); // 输出true

// 12. 判断正负Sign
print(Mathf.Sign(1)); // 输出1

总结：这些基础数学方法在游戏开发中经常使用，特别是在处理数值计算、位置计算和游戏逻辑时。它们提供了精确的数学运算，帮助我们实现各种游戏功能。

2. 计算多次的方法

线性插值Lerp

线性插值是游戏开发中最常用的数学工具之一，它能够实现平滑的过渡效果，使游戏画面更加自然流畅。

// 用于两个值之间的差值过渡Mathf.Lerp(初始值,目标值,插值系数)
// 差值系数取值范围[0,1]
// 计算公式：result = start + (end - start) * t
print(Mathf.Lerp(1, 10, 0.5f)); // 输出5.5

// 差值运算用法一
// 每帧更新start的值 变化速度先快后慢，位置无限接近end，但是不会得到end
start = Mathf.Lerp(start, end, Time.deltaTime);

// 差值运算用法二
// 每帧更新time的值，变化速度匀速，位置每帧接近，当time=1时，result=end
float time = 0;
time += Time.deltaTime;
result = Mathf.Lerp(start, end, time);

扩展知识：

Lerp不仅可以用于位置插值，还可以用于：
- 颜色渐变
- 旋转角度
- 缩放大小
- 透明度变化
除了线性插值，Unity还提供了其他插值方法：
- Vector3.Lerp：向量插值
- Quaternion.Lerp：四元数插值
- Color.Lerp：颜色插值

Lerp实际应用示例

下面通过一个具体的示例来展示Lerp在游戏开发中的实际应用，这个示例展示了两种不同的移动实现方式。

public class MathfTest : MonoBehaviour
{
    public Transform cube;
    private Vector3 start;
    private float speed=1;
    private float time=0;
    private Vector3 startPos;
    private Vector3 bPos;
    
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        start=this.transform.position;
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        // Move1();
        // Move2();
    }
    private void Move1()
    {
        //方法1 先快后慢
        start.x=Mathf.Lerp(start.x,cube.position.x,speed*Time.deltaTime);
        start.y=Mathf.Lerp(start.y,cube.position.y,speed*Time.deltaTime);
        start.z=Mathf.Lerp(start.z,cube.position.z,speed*Time.deltaTime);
        
        this.transform.position=start;
        //使用Vector3.Lerp方法
        // transform.position=Vector3.Lerp(transform.position,cube.position,speed*Time.deltaTime);
    }
    private void Move2()
    {
        //方法2 匀速
        time+=Time.deltaTime;
        if(bPos!=cube.position)
        {
            time=0;
            bPos=cube.position;
            startPos=transform.position;
        }
        start.x=Mathf.Lerp(startPos.x,bPos.x,time);
        start.y=Mathf.Lerp(startPos.y,bPos.y,time);
        start.z=Mathf.Lerp(startPos.z,bPos.z,time);
        transform.position=start;
    }
}

两种移动方式的区别：

方法1（先快后慢）：
- 使用Time.deltaTime作为插值系数
- 移动速度随着距离目标越近而越慢
- 永远不会完全到达目标位置
- 适合相机跟随等场景
方法2（匀速移动）：
- 使用time变量作为插值系数
- 移动速度保持恒定
- 可以完全到达目标位置
- 适合需要精确控制的场景