setorientation参数具体如何设置？

setorientation 是一个在计算机图形学、游戏引擎（特别是 Godot）和 3D 建模中非常常见的参数或函数，它的核心作用是精确地定义一个物体在三维空间中的朝向。

position（位置）决定了物体“在哪里”，而 setorientation 决定了物体“朝向哪里”以及“如何倾斜”。

核心概念：Orientation (朝向)

Orientation 描述的是一个物体自身的坐标系与世界坐标系（或父节点坐标系）之间的对应关系，你可以把它想象成：

• 一个指南针：它不仅告诉你它在世界的哪个位置，还告诉你它的“北”指向哪个方向。
• 一个人的身体：他面朝东（前向），头顶朝上（上向），右手朝西（右向），这三个方向共同定义了他的朝向。

在 3D 空间中，一个物体的朝向通常由三个相互垂直的轴来定义：

1. Forward / -Z (前向 / 负 Z 轴)：物体“前方”所指的方向，在 Godot 等引擎中，默认的 -Z 轴通常是前向。
2. Up / +Y (上向 / 正 Y 轴)：物体“顶部”所指的方向，通常对应世界的重力反方向。
3. Right / +X (右向 / 正 X 轴)：物体“右侧”所指的方向。

这三个轴构成了一个正交基，它们共同定义了物体的旋转状态。

setorientation 如何工作

setorientation 函数通常接收一个参数，这个参数用来描述上述的朝向，最常用的参数类型有以下几种：

a) 欧拉角

这是最直观、最容易理解的方式，通过绕三个轴的旋转角度来定义朝向。

• 参数格式：通常是一个包含三个角度的向量，如 (x, y, z) 或 (pitch, yaw, roll)。
• 单位：通常是度 或弧度。
• 含义：
  • X 轴旋转：也叫 Pitch（俯仰），上下点头。
  • Y 轴旋转：也叫 Yaw（偏航），左右摇头。
  • Z 轴旋转：也叫 Roll（翻滚），身体侧倾。
• 优点：简单直观，易于调试和可视化。
• 致命缺点：万向节锁，当 Pitch 旋转到 ±90 度时，Yaw 和 Roll 会发生“重合”，导致一个自由度丢失，旋转会变得不连续或产生意外结果，在复杂动画中应尽量避免使用欧拉角来插值。

示例 (伪代码):

// 在 Godot C# 中，使用欧拉角设置旋转
// 注意：Godot 内部使用弧度，但属性提供了角度方便设置
var myNode = GetNode<Node3D>("MyNode3D");
// 绕 Y 轴旋转 45 度，绕 X 轴旋转 30 度
myNode.Rotation = new Vector3(30, 45, 0); // 单位是度
// 或者直接使用弧度
myNode.Rotation = new Vector3(Mathf.DegToRad(30), Mathf.DegToRad(45), 0);

b) 四元数

这是在 3D 图形编程中最常用、最稳定的方式，专门为解决欧拉角的问题而设计。

• 参数格式：一个包含四个分量 (x, y, z, w) 的数学对象。
• 优点：
  1. 没有万向节锁：可以平滑、无歧义地表示任何旋转。
  2. 高效的插值：在两个旋转状态之间进行平滑过渡（如动画）时，使用球面线性插值 效果非常好，不会出现抖动。
  3. 计算高效：在计算机中进行矩阵乘法等运算时，四元数比旋转矩阵更节省资源。
• 缺点：不直观，人类很难直接从 (0.7, 0, 0, 0.7) 这样的数值中想象出它代表什么旋转。

示例 (伪代码):

// 在 Godot C# 中，使用四元数设置旋转
var myNode = GetNode<Node3D>("MyNode3D");
// 创建一个绕 Y 轴旋转 45 度的四元数
var quaternion = Quaternion.FromAxisAngle(Vector3.Up, Mathf.DegToRad(45));
myNode.Quaternion = quaternion;

c) 旋转矩阵

用一个 3x3 或 4x4 的矩阵来存储物体的完整旋转（以及缩放）信息。

• 参数格式：一个 3x3 或 4x4 的矩阵。
• 优点：可以直接用于顶点变换，与图形渲染管线紧密结合。
• 缺点：不直观，占用内存较多，且进行旋转插值时计算复杂（需要分解出旋转轴和角度）。

示例 (伪代码):

// 在 Godot C# 中，使用变换矩阵设置旋转
var myNode = GetNode<Node3D>("MyNode3D");
// 创建一个绕 Y 轴旋转 45 度的变换矩阵
var transform = new Transform3D(Basis.Identity.Rotated(Vector3.Up, Mathf.DegToRad(45)), Vector3.Zero);
myNode.Transform = transform;

在不同引擎/库中的具体实现

Godot Engine

Godot 是一个典型的例子，它提供了多种方式来设置朝向，并清晰地指出了它们的用途。

• Node3D.Rotation：一个 Vector3，存储的是欧拉角（弧度），主要用于直接设置和调试，因为它很直观。

  # GDScript 示例
  $Node3D.rotation = Vector3(0, PI/4, 0) # 绕 Y 轴旋转 90 度

• Node3D.Quaternion：一个 Quaternion 对象。这是 Godot 推荐用于编程和动画的方式，当你需要平滑旋转或避免万向节锁时，应该使用它。

  # GDScript 示例
  $Node3D.quaternion = Quaternion.IDENTITY.slerp(Quaternion(Vector3.UP, PI/2), 0.5) # 球面插值

• Node3D.Basis：一个 Basis 对象，本质上是一个 3x3 的旋转矩阵，它包含了 X, Y, Z 三个轴的单位向量，完整地定义了物体的朝向，当你需要手动定义物体的前、上、右向量时非常有用。

  # GDScript 示例
  # 让物体朝向一个特定的世界坐标点
  var look_at_point = Vector3(10, 0, 0)
  $Node3D.look_at(look_at_point, Vector3.UP) # look_at 内部会计算并设置 Basis

最佳实践：

• 编辑器中：直接使用 Rotation 属性（欧拉角）。
• 代码中简单旋转：可以使用 Rotation，但要警惕万向节锁。
• 代码中复杂动画/平滑旋转：始终使用 Quaternion。
• 需要精确控制轴向：使用 Basis。

Unity

Unity 的系统与 Godot 非常相似。

• Transform.rotation：一个 Quaternion，这是 Unity 中存储和操作旋转的主要方式。
• Transform.eulerAngles：一个 Vector3，是 rotation 的欧拉角表示，主要用于在 Inspector 面板中显示和编辑，以及在简单场景中设置，同样存在万向节锁问题。
• Transform.Rotate()：一个函数，接受欧拉角作为参数，方便进行增量旋转。

实际应用场景

1. 让角色/相机看向目标：

   • 使用 look_at(target_position) 函数，这个函数内部会计算出一个正确的旋转（通常是四元数或 Basis）并应用到物体上。

2. 第一人称/第三人称控制器：

   • 左右移动鼠标控制 Yaw（水平旋转）。
   • 上下移动鼠标控制 Pitch（垂直旋转）。
   • 这两个旋转通常组合成一个四元数,然后应用到相机或角色身上。

3. 车辆飞行模拟：

   • Yaw：转向。
   • Pitch：抬头/低头。
   • Roll：侧倾。
   • 使用欧拉角在这里比较直观,但要注意避免极限角度。

4. 平滑的相机跟随：

   • 计算相机与目标之间的角度差。
   • 使用 Quaternion.Slerp()（球面线性插值）在当前相机旋转和目标旋转之间进行平滑过渡，而不是直接 setorientation 到目标位置，这样会更自然。

核心建议： 虽然 setorientation 的参数可以是多种形式，但在现代游戏引擎和图形应用中，你应该优先考虑使用四元数，尤其是在任何涉及动画、插值或复杂旋转逻辑的代码中，欧拉角则更多地用于人类可读的编辑和简单的场景搭建。