如何快速解決Unity中萬向節死鎖(gimbal lock)的問題

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萬向節死鎖的根本問題是歐拉角（EulerAngles）保存的信息不足以描述空間中的唯一轉向，四元數（Quaternion）是可以的。
關于萬向節死鎖的產生原因，網上有非常多的文章解釋，這里不做過多闡述。
舉個簡單的例子，如果在Unity中設置一個物件（target）的Transform的Rotation的localEulerAngles為(90f, 180f,-90f)，即下面的代碼：

target.localEulerAngles = new Vector3(90f, 180f,-90f);

此時：

此時獲取target.localEulerAngles的值為（90，270，0）

此時獲取target的Inspector面板值為（90，0，90）

一個物件的3D空間可以用三種不同的值來表述。真是個災難。

問題的產生

項目中有個需求，需要實現一個類似Unity編輯器中Transform控制面板的功能，當拖動面板值時，能連續變換，并且能保存和恢復數據。效果如下：

原始程序

用戶輸入后，直接讀取面板值v1(Vector3)，設置到target的localEulerAngles中;UI面板的值則實時從target.localEulerAngles獲取數據展示。

這種情況會出現一種bug，先用代碼重現下:

首先設置在Start中設置初始轉向為Vector3(0, 0, 90)
Update中模擬用戶拖拽x軸，增長x值

private void Start(){target.localEulerAngles = new Vector3(0, 0, 90);}private void Update(){StartCoroutine(ChangeRotation());}private IEnumerator ChangeRotation(){yield return new WaitForSeconds(0.1f);var original = target.localEulerAngles;original.x += 0.1f;target.localEulerAngles = original;}

運行之后，當x值增長到90°時，就“卡”住不動了

查看Console值，當輸入值增長到90附近時，target.localEulerAngles發生了劇烈變化，導致值在死循環，所以就卡住了

改進程序A

private Vector3 start = new Vector3(0, 0, 90);//假設為數據恢復后的值private IEnumerator ChangeRotation2(){yield return new WaitForSeconds(0.01f);start.x += 0.1f;target.localEulerAngles = start;}

將用戶輸入的UI數據與target.localEulerAngles變成單向關聯，數據恢復后的值直接顯示到UI上，用戶更改的值（同樣也是UI顯示的值）用于存儲，并作用于target.localEulerAngles。
結果如下

卡死的問題雖然結局了，但是存儲的值是Vector3類型的歐拉角，也就意味著這種情況的死鎖問題解決了，今后可能會遇到其他情況的死鎖問題。
例如而且這里可以發現，start的x值在無限增長，而Inspector面板中的值有個[-180,180]的區間（這里是因為調快了步進值，所以看上去只有175）

改進程序B

首先要明確的一點就是需要把描述轉向的四元數存儲下來，其次要解決Inspector面板中的值在[-180,180]的區間的問題。
那么我們首先觀察下Unity本身Inspector是怎么表現的。

可以看到在x值是可以無限增長的。
那么我們的程序可以這樣設計：借助UnityEngine的Inspector來實現同樣的功能。

1、存儲的Unity Transform的localRotation值（Quaternion），恢復的時候，直接調用target.localRotation = q;
2、UI顯示的時候，直接從Inspector面板獲取該值顯示。
3、用戶輸入的時候，直接“設置到Inspector面板中”讓UnityEngine為我們解決其中的死鎖以及顯示問題。
程序如下

private IEnumerator ChangeRotation3(){yield return new WaitForSeconds(1f);var original = ShowRotationLikeInspector(target);original.x += 0.1f;SetRotationLikeInspector(target, original);} 那么這個方案最大的問題是如何實現2和3步驟，查看[Unity 2018.1.0b12](https://github.com/Unity-Technologies/UnityCsReference)源碼可以發現這樣的代碼

這正是我們需要的代碼，可惜的是在5.x版本中并沒有這樣的接口。好在這2個方法的底層方法都是有的，只不過是internal，那么只需要使用反射，就可以實現這樣的方法，代碼如下

public Vector3 ShowRotationLikeInspector(Transform t){var type = t.GetType();var mi = type.GetMethod("GetLocalEulerAngles", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);var rotationOrderPro = type.GetProperty("rotationOrder", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);var rotationOrder = rotationOrderPro.GetValue(t, null);var EulerAnglesInspector = mi.Invoke(t, new[] {rotationOrder});return (Vector3) EulerAnglesInspector;}public void SetRotationLikeInspector(Transform t, Vector3 v){var type = t.GetType();var mi = type.GetMethod("SetLocalEulerAngles", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);var rotationOrderPro = type.GetProperty("rotationOrder", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);var rotationOrder = rotationOrderPro.GetValue(t, null);mi.Invoke(t, new[] {v, rotationOrder});}

最終運行起來，效果如下，這里借助Unity的內部機制，取巧地解決了萬向節死鎖(gimbal lock)的問題

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何快速解决Unity中万向节死锁(gimbal lock)的问题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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