Unity正交相機智慧包圍物體(組)方案
阿新 • • 發佈：2020-11-11
# Unity正交相機智慧包圍物體(組)方案
[TOC]
# 一、技術背景
今晚是雙十一，祝大家剁手愉快啊~明天還得做個快樂的打工人，哈哈~_~
進入正題，最近要做個小地圖顯示，網上也有許多相關文章或技術實現，主要是通過一個額外的相機渲染出一張Textrue投送到UI上實現，但是在我這裡的需求有點不一樣，需要選擇到地圖上的實際物體。因此，我就想直接使用相機渲染輸出，一般小地圖都是用正交相機，由此引發出如何自動改變改變正交相機的引數，從而使得想要被渲染的物體剛好在相機中的問題。
本篇文章主要就是解決上述問題，如何將Unity中正交相機的視野自動包裹住想要看到的物體。下面我們先對相關概念進行介紹。
# 二、相關概念
## 2.1 正交攝像機
Unity中的相機大家肯定都十分熟悉了，主要有兩種攝像機，即**透視攝像機**（**Perspective**）和**正交攝像機**（**Orthographic**）。
透視攝像機是我們一般預設的相機型別，它的視野視窗是一個四錐體，相機會根據離物體的遠近而改變物體大小，就如同我們的眼睛一樣，如下圖：
正交攝像機的視野視窗則是一個長方體，它所看到的東西則是物體的投影，不會因為相機距離物體的遠近而改變視野，還需要注意，若相機超過物體，那麼相機還是會不渲染物體，後面會講到正交相機的高度設定問題，如下圖：
正交相機由於以上特性，因此也比較適用於做2D遊戲、製作小地圖等用途。弄清楚上面簡單的概念，我們下面講一下正交相機比較重要的引數，這些引數都是我們要用到的。
## 2.2 正交相機的Size
提起正交相機，就不得不講一下它的Size屬性了，這個屬性也是我們要在後面自動修改的值。首先看一下這個值是什麼含義，一般預設的正交相機的Size為5，如下圖：
那麼這個5代表什麼意思呢？我們在場景（0,0,0）點處放一個Cube，然後在（0，0，-10）處放正交相機，我們先來看一下其完整渲染畫面如何：
觀察上述截圖，我們知道Unity中標準的一個Cube長寬高都為1，那麼在這個正交相機渲染的畫面中，怎麼得出Size為5的呢？下面我們再來看一張圖：
我在場景中又加了10個Cube，這樣我們就可以明顯看出來，原來Size=5的意思是**正交攝像機顯示高度的一半尺寸**為5。那麼將相機的Size改為10看一下效果：
可以看到，現在在視野中，Cube組的上下各空出5個單位的距離。至此，關於正交攝像機的Size屬性相信你已經很瞭解了，這個屬性如何設定是我們解決開頭問題的一個關鍵。
## 2.3 相機的Aspect
Unity相機有一個通用屬性aspect，這個屬性**攝像機顯示區域的寬、高比**，在其初始化的時候會預設設定成當前螢幕的寬高比，也可以通過改變相機的Rect來改變該值。
aspect值再結合2.2中正交相機的size含義，我們就可以推算出正交相機渲染畫面的大小，即畫面高、寬分別為：
`camera.height=camera.orthographicSize*2f`
`camera.width=height*camera.aspect`
例如我們剛才的例子，螢幕為1920*1080，相機的Viewport Rect為（0,0,1,1），則：
`camera.aspect=(1920*1)/(1080*1)=1.77778`
`camera.height=5*2=10`
`camera.width=10*1.77778=17.7778`
## 2.4 包圍盒
關於包圍盒演算法，網上有許多介紹，例如包圍盒演算法是一種求離散點集最優包圍空間的方法。基本思想就是用體積稍大且特性簡單的幾何體（包圍盒）來近似地代替複雜的集合物件。如下圖，給三個物體生成了一個AABB包圍盒的碰撞體（AABB包圍盒定義為包含該物件，且邊平行於座標軸的最小六面體。還有其他幾種包圍盒的形式，我們這裡主要使用AABB包圍盒）。
在這裡，我們只需要瞭解包圍盒的概念就好，因為需要用包圍盒來計算需要包圍物體的範圍是多少，從而計算正交相機的Size。Unity中的包圍盒用結構體——**Bounds**來表示。再者注意上圖為了示意包圍盒，我將其做成了碰撞體顯示出來。
# 三、解決方案
解決我們開頭的問題，首先要分析一下需要解決什麼問題：
- 求得物體（組）的正交投影範圍；
- 移動正交相機到物體組上方的中心位置，並自動調整Size。
針對第一個問題，問題的本質其實是求物體（組）的包圍盒，進而算得物體的正交投影大小。
## 3.1 求物體的包圍盒
求包圍盒的演算法我們可以利用Unity中的API快速算出，思路就是利用物體（組）的Render元件來求出包圍盒的中心點及邊界資訊，具體做法如下：
先將要計算包圍盒的物體（組）放到統一個父物體下，例如上面的例子，包括Sphere、Cube和Capsule，如下圖：
然後利用一下程式碼進行計算：
```c#
///
/// 獲取物體包圍盒
///
/// 父物體
/// 返回該物體（組）的包圍盒
private Bounds GetBoundPointsByObj(GameObject obj)
{
var bounds = new Bounds();
if (obj != null)
{//獲得所有子物體的Render
var renders = obj.GetComponentsInChildren();
if (renders != null)
{
//計算包圍盒的中心點
var boundscenter = Vector3.zero;
foreach (var item in renders)
{
boundscenter += item.bounds.center;
}
if (obj.transform.childCount > 0)
boundscenter /= obj.transform.childCount;
//新建一個包圍盒
bounds = new Bounds(boundscenter, Vector3.zero);
foreach (var item in renders)
{//構建包圍盒
bounds.Encapsulate(item.bounds);
}
}
}
return bounds;
}
```
以上程式碼不難理解，就是先求最終包圍盒的中心點，然後再從中心點開始逐步向外計算包圍盒，**bounds.Encapsulate(Bounds bounds)**即為擴大包圍盒函式。
根據以上方法，我們就可以得到一個包圍著Sphere、Cube和Capsule的包圍盒，這個立方體包圍盒肯定是可以將這個物體組以最小六面體包圍的。
## 3.2 正交相機引數設定——位置、Size
### 3.2.1 正交相機位置計算
由上一節中，我們計算出來了物體組的包圍盒，如果想使得正交相機的視野都包含該物體組，那麼正交相機的位置肯定為包圍盒的中心點，或者說將該物體組放到正交相機的視野中心，如下圖：
注意，由上圖，我們的這裡的正交相機是對準**x-y平面**的，相機的深度方向在z軸上，因此在x-y平面上，相機若要在該物體組的中心點處，則：
`camera.position.x = new Vector3(bound.center.x, bound.center.y, bound.center.z+k);`
還觀察到相機的z座標加了一個數k，這個k是需要根據自己的情況來給定的，例如我這個例子中，相機在物體組的後面，因此k需要給定一個足夠小的負值，否則相機跑到物體組的前面或裡面的話，就不能完全包圍物體組了：
### 3.2.2 正交相機Size計算
OK，我們來看一下這個方案中關鍵的一點，如何設定正交相機的Size，先直接上程式碼來看一下：
```c#
public float ScreenScaleFactor;//佔屏比例係數
///
/// 設定正交相機的Size
///
/// 獲取物體包圍盒
/// 物體包圍盒
private Bounds GetBoundPointsByObj(GameObject obj)
{
var bounds = new Bounds();
if (obj != null)
{
var renders = obj.GetComponentsInChildren();
if (renders != null)
{
var boundscenter = Vector3.zero;
foreach (var item in renders)
{
boundscenter += item.bounds.center;
}
if (obj.transform.childCount > 0)
boundscenter /= obj.transform.childCount;
bounds = new Bounds(boundscenter, Vector3.zero);
foreach (var item in renders)
{
bounds.Encapsulate(item.bounds);
}
}
}
return bounds;
}
///
/// 設定正交相機的Size
///
/// 包圍盒x方向最小值
/// 包圍盒x方向最大值
/// 包圍盒y方向最小值
/// 包圍盒y方向最大值
private void SetOrthCameraSize(float xmin, float xmax, float ymin, float ymax)
{
float xDis = xmax - xmin;
float yDis = ymax - ymin;
float sizeX = xDis / ScreenScaleFactor / 2 / SetCamera.aspect;
float sizeY = yDis / ScreenScaleFactor / 2;
if (sizeX >= sizeY)
SetCamera.orthographicSize = sizeX;
else
SetCamera.orthographicSize = sizeY;
}
}
```
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