Unity中的数字孪生项目：两种输入方式对观察物体的实现

在数字孪生项目中，精确的相机控制至关重要。相机不仅需要灵活地跟随目标，还要能够平滑地旋转和缩放，以便观察和分析物体的各个细节。今天，我将通过 TouchControlCamera 和 CameraRotate 两个脚本，展示如何实现一个适用于数字孪生的相机控制系统。

1. TouchControlCamera 脚本（触摸一体机安卓环境）

在数字孪生项目中，可能会涉及到移动端的交互式观察，用户通过触摸屏幕来操控相机，从而查看虚拟物体的各个视角。TouchControlCamera 脚本正是为此设计，它允许用户通过触摸操作来实现相机的旋转和缩放，特别适合移动设备上的数字孪生展示。

主要功能：

触摸输入控制：通过手指在屏幕上的滑动或捏合手势，用户可以旋转相机或调整相机与目标物体的距离。
直观的视角控制：无论是查看物体的细节，还是放大、缩小某个区域，触摸控制都能提供灵活的操作体验。
平滑过渡：采用平滑算法来确保相机的旋转和缩放不会造成突兀感，用户体验更加自然。

代码实现：

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using UnityEngine;

public class TouchControlCamera : MonoBehaviour
{
    public Transform target;  // 主相机要围绕其旋转的物体
    public float distance = 3.0f;  // 主相机与目标物体之间的距离

    [HideInInspector]
    public float eulerAngles_x;
    [HideInInspector]
    public float eulerAngles_y;

    public float distanceMax = 10;  // 主相机与目标物体之间的最大距离
    public float distanceMin = 1;   // 主相机与目标物体之间的最小距离
    public float xSpeed = 5.0f;     // 主相机水平方向旋转速度
    public float ySpeed = 5.0f;     // 主相机纵向旋转速度
    public int yMaxLimit = 80;      // 最大y（单位是角度）
    public int yMinLimit = -80;     // 最小y（单位是角度）

    public float dragAreaWidth = 200f;  // 屏幕中间允许拖拽的宽度

    private Vector2 oldPosition1 = new Vector2(0, 0);
    private Vector2 oldPosition2 = new Vector2(0, 0);

    private float XX, YY;

    private bool isDragging = false;  // 是否开始拖拽

    // 初始相机位置和旋转
    private Vector3 initialPosition;
    private Quaternion initialRotation;

    private Quaternion currentRotation;
    private Quaternion desiredRotation;

    void Start()
    {
        initialPosition = this.transform.position;
        initialRotation = this.transform.rotation;

        Vector3 eulerAngles = this.transform.eulerAngles;  // 当前物体的欧拉角
        this.eulerAngles_x = eulerAngles.y;
        this.eulerAngles_y = eulerAngles.x;

        currentRotation = this.transform.rotation;
        desiredRotation = this.transform.rotation;
    }

    void Update()
    {
        OneAndTwo();
    }

    /// <summary>
    /// 手指触屏判断
    /// </summary>
    public void OneAndTwo()
    {
        Vector3 eulerAngles = this.transform.eulerAngles;  // 当前物体的欧拉角
        this.eulerAngles_x = eulerAngles.y;
        this.eulerAngles_y = eulerAngles.x;

        // 一根手指触碰，旋转
        if (Input.touchCount == 1)
        {
            Touch touch = Input.GetTouch(0);

            if (touch.phase == TouchPhase.Began)
            {
                // 记录触摸的初始位置
                XX = touch.position.x;
                YY = touch.position.y;

                // 只有在触摸点在屏幕中间区域时才开始拖拽
                if (Mathf.Abs(touch.position.x - Screen.width / 2) <= dragAreaWidth)
                {
                    isDragging = true;
                }
                else
                {
                    isDragging = false;
                }
            }

            if (isDragging && touch.phase == TouchPhase.Moved)  // 只在拖拽时更新旋转
            {
                this.eulerAngles_x += (touch.position.x - XX) * Time.deltaTime * this.xSpeed;
                this.eulerAngles_y -= (touch.position.y - YY) * Time.deltaTime * this.ySpeed;
                this.eulerAngles_y = ClampAngle(this.eulerAngles_y, (float)this.yMinLimit, (float)this.yMaxLimit);

                XX = touch.position.x;
                YY = touch.position.y;

                // 使用平滑旋转效果
                desiredRotation = Quaternion.Euler(this.eulerAngles_y, this.eulerAngles_x, 0);
                currentRotation = this.transform.rotation;

                // 平滑过渡
                this.transform.rotation = Quaternion.Lerp(currentRotation, desiredRotation, 0.3f);
            }
        }

        // 确保相机保持在与目标物体之间的适当距离
        Vector3 vector = (this.transform.rotation * new Vector3(0, 0, -this.distance)) + this.target.position;

        // 更新相机的位置
        this.transform.position = vector;
    }

    // 将角度限制到给定范围内
    public float ClampAngle(float angle, float min, float max)
    {
        while (angle < -360)
        {
            angle += 360;
        }
        while (angle > 360)
        {
            angle -= 360;
        }

        return Mathf.Clamp(angle, min, max);
    }

    // 新增方法：重置相机位置和旋转
    public void ResetCamera()
    {
        this.transform.position = initialPosition;
        this.transform.rotation = initialRotation;
        this.eulerAngles_x = initialRotation.eulerAngles.y;
        this.eulerAngles_y = initialRotation.eulerAngles.x;
    }
}

2. CameraRotate 脚本（纯PC环境鼠标输入）

CameraRotate 脚本适用于桌面端或VR设备，可以实现相机围绕一个目标物体的旋转。对于数字孪生中的静态或动态物体观察，这种控制方式尤为重要。它能够让用户精准地控制相机角度，确保可以从不同的视角查看虚拟物体。

主要功能：

目标物体观察：相机始终围绕指定的目标物体旋转，适合需要360度查看物体细节的场景。
精细的角度控制：用户可以通过鼠标控制相机在水平和垂直方向上的旋转角度，提供高精度的观察视角。
角度限制：为了避免相机的旋转过度（如倒立），垂直角度旋转被限制在一定范围内。

代码实现：

cs 复制代码

using UnityEngine;

/// <summary>
/// 相机围绕物体观察的简化版本
/// 可以旋转自主控制观察角度
/// </summary>
public class CameraRotate : MonoBehaviour
{
    [Header("相机观察的目标物体")]
    public Transform targetObject;
    public Vector3 targetOffset;
    public float averageDistance = 5.0f;
    public float maxDistance = 20;
    public float minDistance = .6f;
    public float xSpeed = 200.0f;
    public float ySpeed = 200.0f;
    [Header("相机y轴视野范围")]
    public int yMinLimit = -80;
    public int yMaxLimit = 80;

    private float xDeg = 0.0f;
    private float yDeg = 0.0f;
    private float currentDistance;
    private Quaternion currentRotation;
    private Quaternion desiredRotation;
    private Quaternion rotation;
    private Vector3 position;

    void Start() { Init(); }
    void OnEnable() { Init(); }

    public void Init()
    {
        // 如果目标物体为空，则在相机正前方创建一个观察目标
        if (!targetObject)
        {
            GameObject go = new GameObject("Cam Target");
            go.transform.position = transform.position + (transform.forward * averageDistance);
            targetObject = go.transform;
        }

        currentDistance = averageDistance;
        position = transform.position;
        rotation = transform.rotation;
        currentRotation = transform.rotation;
        desiredRotation = transform.rotation;
        xDeg = Vector3.Angle(Vector3.right, transform.right);
        yDeg = Vector3.Angle(Vector3.up, transform.up);

        // 相机位置 = 目标物体位置 - 目标与相机在三维下的位置差值
        position = targetObject.position - (rotation * Vector3.forward * currentDistance + targetOffset);
    }

    void LateUpdate()
    {
        // 按住鼠标左键时旋转相机
        if (Input.GetMouseButton(0))
        {
            xDeg += Input.GetAxis("Mouse X") * xSpeed * 0.02f;
            yDeg -= Input.GetAxis("Mouse Y") * ySpeed * 0.02f;
            yDeg = ClampAngle(yDeg, yMinLimit, yMaxLimit);  // 限制y轴旋转角度

            desiredRotation = Quaternion.Euler(yDeg, xDeg, 0);
            currentRotation = transform.rotation;

            // 平滑旋转
            rotation = Quaternion.Lerp(currentRotation, desiredRotation, 0.02f);
            transform.rotation = rotation;
        }

        // 更新相机位置
        position = targetObject.position - (rotation * Vector3.forward * currentDistance + targetOffset);
        transform.position = position;
    }

    /// <summary>
    /// 限制角度angle的大小在一个范围内
    /// </summary>
    private static float ClampAngle(float angle, float min, float max)
    {
        if (angle < -360)
            angle += 360;
        if (angle > 360)
            angle -= 360;
        return Mathf.Clamp(angle, min, max);
    }
}

数字孪生项目中的应用

通过这两个脚本的结合，你可以实现更高效的视角控制，提升数字孪生的沉浸感和交互性。

例如，在虚拟工厂环境中，用户可以通过触摸操作放大、缩小并旋转相机，查看机器设备的各个细节。而在虚拟建筑物的模型中，用户可以通过 CameraRotate 旋转相机，从多个角度观察建筑物的外观和结构，获得更加全面的视角。

Unity中的数字孪生项目：两种输入方式对观察物体的实现

1. TouchControlCamera 脚本（触摸一体机 安卓环境）

主要功能：

代码实现：

2. CameraRotate 脚本 （纯PC环境 鼠标输入）

主要功能：

代码实现：

数字孪生项目中的应用

1. TouchControlCamera 脚本（触摸一体机安卓环境）

2. CameraRotate 脚本（纯PC环境鼠标输入）