3D游戏世界里的万向节锁

我们通常认为当前世界是一个三维的世界，用坐标系来表示就是XYZ，在3D游戏世界里也是用这样的三维坐标系来表示的。

X代表水平坐标，Y代表垂直坐标，Z代表的是由屏幕往里的一个深度坐标，也就是垂直于屏幕的坐标轴。

如下图，在一个3D世界里，绿色代表Y坐标，红色代表X坐标，而垂直于屏幕的蓝色是Z坐标。

这样在一个3D世界里面就可以方便的表示一个物体的位置信息和旋转信息。

那么什么是万向节锁？

其实就是一个物体在一个3D世界里面随着旋转顺序和旋转角度的改变，导致物体只能在一个固定的平面旋转，无法旋转到你预想的角度。

由于物体的旋转，物体的坐标轴方向也发生了改变，导致其中2条坐标轴发生了重合。

当你围绕着重合的坐标轴旋转时，物体的旋转方向始终在一个平面上旋转。

比如在Unity3D 中我们把一个物体按照先沿X轴旋转90度。

3D世界里面的人物沿X轴旋转了90度，人物的头看向了下方也就是Y轴的反方向。

此时物体的坐标轴也发生了改变，那么是哪个轴发生了改变呢？

可以自行想象一下。

其实只有Y轴发生了改变，由于物体围绕X旋转了90度，那么这个时候的Y轴也围绕X旋转了90度，也是和原来的Z轴重合了，原来的Y轴是由人物的脚指向头这个方向的，当人物围绕X轴旋转90度后。

Y轴还是按照由人物的脚的方向指向了头，也就刚好是垂直于屏幕的。

这样就导致了，当前的Y轴和原来的Z轴重合了。

这个时候你可能会想既然Y轴改变了，Z轴也会改变啊，原来的Z轴是从人物的身体由屏幕外指向屏幕里的，那么当物体围绕X轴旋转后，那么此时Z轴还是应该由人物的身体穿过人物的背面，也就是当前的绿色坐标轴。

按照我们的社会经验物体围绕X轴旋转90度后，Z轴和Y轴只是交换了位置而已啊。

但是其实在3D游戏世界里面不是这样去定义的。

而是按照陀螺仪的原理去解释的。

我们看下图，一个陀螺仪装置：

陀螺仪的装置非常简单，中间有一根竖轴，穿过一个圆盘。

圆盘称为转子，竖轴称为旋转轴。转子用金属制成，增加质量，从而增大惯性。竖轴外侧是三层嵌套的圆环，它们互相交叉，带来了三个方向自由度的旋转。

简单分解后就是如下图：

假如把绿色圆盘的转轴称作为Y轴，红色圆盘的转轴称作为X轴，蓝色圆盘的转轴称作为Z轴。

那么当绿色圆盘围绕它的转轴旋转时，并不会改变红色和蓝色旋转轴方向的变化。

当红色圆盘围绕着它的转轴旋转时，绿色圆盘的转轴方向发生了改变。

当蓝色的圆盘围绕着它的转轴旋转时，绿色和蓝色的转轴方向都发生了改变。

当红色圆盘围绕转轴旋转90度后

绿色圆盘的转轴和蓝色圆盘的转轴重合了，而红色圆盘的转轴方向并没有改变，这个时候就发生了万向节死锁现象。

绿色圆盘的旋转和蓝色圆盘的旋转都在同一个平面上旋转了，只要红色圆盘不发生改变，不管如何旋转绿色和蓝色圆盘都无法解除这种状态。

如在Unity3D中当把物体旋转围绕X轴旋转90度后。

把人物围绕Y轴再旋转40度后：

把人物围绕Z轴再旋转40度后：

我们发现物体不管是围绕Y轴还是Z轴旋转，都只是在一个平面旋转，而不是不同的平面了。

如果开始只把物体围绕X轴旋转89度的话，结果又会不同了。

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