【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

原文:【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

写在前面

最近给项目做了个路径编辑,基本思路是满足几个基本需求:

【额外说明】其实本篇和这个没关系,可以跳过“写在前面”这部分,跨到正文部分

编辑时:

① 随意增减、插入、删除路点,只要路点数量大于1,绘制曲线,曲线必定经过路点。

② 调整路点的Forward方向,控制曲线的入线切线方向、出线切线方向。这样可以通过旋转直接调整曲线形状。

③ 控制Forward方向的基础上,增添描述切线“强度”的变量,来进一步控制曲线的形状。

④ 可以指定每段曲线的逻辑长度,程序提供一个曲线近似长度帮助确定逻辑长度。

⑤ 导出曲线的数据。

运行时,可以根绝数据:

⑥ 对路点进行从0开始的编号,使用0.01~0.99来描述在某段曲线上的位置(逻辑上的),然后转化成为实际的坐标。

⑦ 可以获得在曲线上任意一点的切线方向。


正文


从路点、路点forward到三阶贝塞尔曲线的四个点

关于贝塞尔曲线,可见下文

贝塞尔曲线

贝塞尔曲线在线演示

每两个路点作为三阶贝塞尔曲线的起点(第0个点P0)和终点(第3个点P3)。

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

起点路点的Forward方向乘以“强度”的变量,再加上起点坐标,作为第1个点P1。

起点路点的Forward反方向乘以“强度”的变量,再加上起点坐标,作为第2个点P2。

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

得到 p0~p4这四个点之后,即可使用三阶贝塞尔曲线的相关公式了

绘制贝塞尔曲线,图中红色线条部分

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现


三阶贝塞尔曲线线上某点坐标(Unity & C#)

三阶贝塞尔曲线公式(来自百度百科)

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

形参中的 t, p0, p1, p2, p3 分别对应公式中的 t 以及 p0~p3

    public Vector3 BezierPoint(float t, Vector3 p0, Vector3 p1, Vector3 p2, Vector3 p3)
{
float u = 1 - t;
float tt = t * t;
float uu = u * u;
float uuu = uu * u;
float ttt = tt * t; Vector3 p = uuu * p0;
p += 3 * uu * t * p1;
p += 3 * u * tt * p2;
p += ttt * p3; return p;
}

三阶贝塞尔曲线的近似长度(Unity & C#)

计算长度的思路:

在贝塞尔曲线上取n个点,计算点之间的直线长度,进行加和,从而取得一个曲线的近似长度。取点越多这个长度越趋向于精确。

形参中的p0, p1, p2, p3 分别对应公式中的 p0~p3。pointCount代表取点个数,默认30。

    public float BezierLength(Vector3 p0, Vector3 p1, Vector3 p2, Vector3 p3, int pointCount = 30)
{
if (pointCount < 2)
{
return 0;
} //取点 默认 30个
float length = 0.0f;
Vector3 lastPoint = BezierPoint(0.0f / (float)pointCount, p0, p1, p2, p3);
for (int i = 1; i <= pointCount; i++)
{
Vector3 point = BezierPoint((float)i/(float)pointCount, p0, p1, p2, p3);
length += Vector3.Distance(point, lastPoint);
lastPoint = point;
}
return length;
}

三阶贝塞尔曲线线上某点的切线(Unity & C#)

在已知贝塞尔曲线表达式的情况下,想要知道某点的切线,对曲线求导。

可得:

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

整理后可得

【Unity】贝塞尔曲线关于点、长度、切线计算在 Unity中的C#实现

整体公式构成只有p0~p3 以及 t 和 (1-t),为了表达式更直接,不进行进一步的整理。

所以得到下面的代码

形参中的 t, p0, p1, p2, p3 分别对应公式中的 t 以及 p0~p3

    public Vector3 BezierTangent(float t, Vector3 p0, Vector3 p1, Vector3 p2, Vector3 p3)
{
float u = 1 - t;
float uu = u * u;
float tu = t * u;
float tt = t * t; Vector3 P = p0 * 3 * uu * (-1.0f);
P += p1 * 3 * (uu - 2 * tu);
P += p2 * 3 * (2 * tu - tt);
P += p3 * 3 * tt; //返回单位向量
return P.normalized;
}

写在后面

主要参照:

Unity游戏中使用贝塞尔曲线

求二次、三次贝塞尔曲线的某个时间的位置及切线方向

转载请注明,出自喵喵丸的博客http://blog.csdn.net/u011643833/article/details/78540554

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