理解3D空间与变换

这一章是 3D 开发的核心基础。你将学会：X/Y/Z 轴是什么？局部坐标和全局坐标有什么区别？旋转为什么要用"四元数"？

3D 空间：多了一个 Z 轴

2D 游戏只有两个方向：水平（X）和垂直（Y）。3D 游戏多了一个深度方向（Z）。

在 Godot 中：

• X 轴：左右（红色箭头）
• Y 轴：上下（绿色箭头）
• Z 轴：前后（蓝色箭头）

记住颜色：RGB = XYZ（Red=X, Green=Y, Blue=Z）。

坐标系：左手系还是右手系？

Godot 使用右手坐标系（Y 轴朝上）。规则是：

• X 正方向：向右
• Y 正方向：向上
• Z 正方向：向屏幕外（朝向你）

这意味着 Z 值越大，物体离你越近。如果你想让物体"往远处走"，需要减小 Z 值。

Transform3D：位置、旋转、缩放

每个 3D 节点都有一个 Transform3D 属性，包含三个部分：

1. 位置（Position）

就是物体在 3D 空间中的坐标。比如 (0, 1, 0) 表示"在原点上方 1 米处"。

C#

// C#: 设置位置
Position = new Vector3(0, 1, 0);

// C#: 移动（每帧）
Position += new Vector3(0, 0, speed * (float)delta);

GDScript

# GDScript: 设置位置
position = Vector3(0, 1, 0)

# GDScript: 移动（每帧）
position += Vector3(0, 0, speed * delta)

2. 旋转（Rotation）

就是物体绕哪个轴转了多少度。这里有个大坑：不要直接用欧拉角（X/Y/Z 旋转值）做复杂旋转，会出现"万向节死锁"（Gimbal Lock）问题。

什么是万向节死锁？

简单说就是：当两个旋转轴重合时，你会"丢失"一个自由度，导致旋转行为变得很奇怪。这是欧拉角的固有问题。

3. 四元数（Quaternion）

四元数是解决旋转问题的数学工具。好消息是：你不需要理解四元数的数学原理，只要知道：

• 四元数不会出现万向节死锁
• 四元数可以在两个旋转之间平滑插值（Slerp）
• Godot 里用 Quaternion 类型表示

C#

// C#: 用四元数平滑旋转
var targetRotation = Quaternion.FromEuler(new Vector3(0, Mathf.Pi, 0));
Quaternion = Quaternion.Slerp(targetRotation, 0.1f);

GDScript

# GDScript: 用四元数平滑旋转
var target_rotation = Quaternion.from_euler(Vector3(0, PI, 0))
quaternion = quaternion.slerp(target_rotation, 0.1)

局部坐标 vs 全局坐标

每个节点都有两套坐标：

类型	说明	使用场景
局部坐标	相对于父节点的位置	大多数情况用这个
全局坐标	相对于整个世界原点的位置	计算世界位置时用

举个例子：如果角色站在一辆移动的车里，角色的"局部坐标"是相对车的位置（可能一直不变），但"全局坐标"会随着车移动而变化。

C#

// C#: 获取全局位置
Vector3 worldPos = GlobalPosition;

// C#: 获取局部位置
Vector3 localPos = Position;

GDScript

# GDScript: 获取全局位置
var world_pos = global_position

# GDScript: 获取局部位置
var local_pos = position

向量（Vector3）

Vector3 是 3D 开发中最常用的数据类型，表示一个有三个分量的值（X, Y, Z）。

常用操作：

C#

// C#: 向量运算
var direction = new Vector3(1, 0, 0);        // 向右
var length = direction.Length();               // 长度 = 1
var normalized = direction.Normalized();       // 单位向量
var distance = a.DistanceTo(b);                // 两点距离
var angle = a.AngleTo(b);                      // 两向量夹角

GDScript

# GDScript: 向量运算
var direction = Vector3(1, 0, 0)        # 向右
var length = direction.length()          # 长度 = 1
var normalized = direction.normalized()  # 单位向量
var distance = a.distance_to(b)          # 两点距离
var angle = a.angle_to(b)                # 两向量夹角

本章小结

概念	一句话解释
X/Y/Z 轴	左右 / 上下 / 前后
Position	物体在哪
Rotation	物体怎么转
Scale	物体多大
局部坐标	相对父节点
全局坐标	相对世界原点
四元数	不会出错的旋转方式
Vector3	3D 中的"方向+距离"