Unity2D基于子对象计算父物体旋转时出现异常抖动问题咨询

问题复现场景 #

• 场景内共3个对象：RotatePoint（黑色圆形，根父对象）、Square（红色矩形，子对象）、Circle（白色圆形，子对象），三者组成层级组合，RotatePoint为旋转中心
  
• 预期实现效果：以RotatePoint为中心，整个对象组合跟随鼠标位置平滑旋转
• 初始挂载在RotatePoint上的实现脚本如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class TestRotate : MonoBehaviour
{
    //旋转中心对象
    public Transform rotatePoint;
    //白色圆形子对象
    public Transform circle;

    void Update()
    {
        Vector3 MouseWorldPoint = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
        Debug.LogWarning("circle.pos" + circle.position);
        Vector3 direction = MouseWorldPoint - circle.position;

        float radians = Mathf.Atan2(direction.y, direction.x);
        float degrees = radians * Mathf.Rad2Deg;
    
        rotatePoint.eulerAngles = new Vector3(0,0,degrees);
        Debug.DrawLine(circle.position,MouseWorldPoint,Color.red);
    }
}

异常表现 #

• 鼠标距离Circle子对象较远时，旋转效果符合预期，整个组合以RotatePoint为中心跟随鼠标平滑旋转
  
• 鼠标移动到距离Circle子对象一定阈值范围内时，整个组合开始弹跳抖动，距离越近越容易出现无规律360度旋转的问题
  

临时修复方案 #

将方向计算的参考坐标从子对象Circle的位置替换为父对象RotatePoint自身位置后，所有距离下的旋转效果均恢复正常，修改后代码如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class TestRotate : MonoBehaviour
{
    //旋转中心对象
    public Transform rotatePoint;
    //白色圆形子对象
    public Transform circle;

    void Update()
    {
        Vector3 MouseWorldPoint = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
        //将参考点从circle.position修改为rotatePoint.position
        Vector3 direction = MouseWorldPoint - rotatePoint.position;
        Debug.LogWarning("circle.pos" + circle.position);

        float radians = Mathf.Atan2(direction.y, direction.x);
        float degrees = radians * Mathf.Rad2Deg;
    
        rotatePoint.eulerAngles = new Vector3(0,0,degrees);
        Debug.DrawLine(circle.position,MouseWorldPoint,Color.red);
    }
}

问题成因说明 #

该问题不属于Unity引擎Bug，是典型的闭环反馈逻辑错误，触发逻辑如下：

1. 初始代码形成了自反馈循环：用会随父对象旋转改变世界坐标的子对象位置作为角度计算参考点，计算出的角度又反过来赋值给父对象修改旋转状态，父对象旋转会立刻改变子对象的世界坐标，形成因果闭环。
2. 鼠标距离Circle较远时，单帧旋转带来的Circle位置偏移量，相对于鼠标到Circle的总距离占比极小，计算出的角度误差可以忽略，因此看起来运行正常。
3. 鼠标距离Circle极近时，单帧旋转带来的Circle位置偏移量占总距离的比例会被急剧放大：当前帧算出角度A赋值给父对象，父对象旋转后Circle立刻移动到新位置，此时鼠标相对于新位置的方向直接跳到角度B，下一帧又按角度B旋转，Circle再次位移，方向又跳到角度C，最终表现为无规律抖动、疯狂旋转。
4. 参考点替换为RotatePoint后问题消失，是因为RotatePoint作为旋转中心，旋转时自身世界坐标不会发生任何变化，计算参考点固定，不会触发反馈循环，因此旋转始终稳定。

额外注意：2D场景下使用Camera.main.ScreenToWorldPoint转换鼠标坐标时，需要给鼠标屏幕坐标设置正确的Z值（即正交相机到2D平面的距离），否则坐标转换结果也会出现偏差。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者li ming