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2D 坐标系与 2D 变换

介绍

本文对可用的 2D 坐标系和内置的 2D 变换进行了详细介绍。相关基础概念见 视口变换与画布变换。

Transform2D （2D 变换）本质上是一种矩阵，专门用来把坐标从一个坐标系转换到另一个坐标系。要想用好它们，最好先了解一下 Godot 里都有哪些可用的坐标系。如果你想更深入地理解背后的原理，可以去看看 矩阵与变换 （矩阵与变换）这篇教程，里面详细介绍了它的底层运作机制。

Godot 2D 坐标系

下图展示的是 Godot 2D 中的坐标系、节点变换、变换函数、坐标系相关函数的概览。最左侧是操作系统“窗口管理器”的屏幕，最右侧是 CanvasItem。简单起见，这张图中没有加入 SubViewport、SubViewportContainer、ParallaxLayer 和 ParallaxBackground，尽管它们也能够影响变换。

这张图基于 根 Window（内嵌其他窗口） ⇒ Window（没有内嵌窗口） ⇒ CanvasLayer ⇒ CanvasItem ⇒ CanvasItem ⇒ CanvasItem 的节点树绘制。节点树还可以有更加复杂的组合，例如可以让 Window 和 SubViewport 进行更深层的嵌套，不过本示例主要的目的还是展示通用的思考方法。

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  • Item 坐标

    这是 CanvasItem 的局部坐标系。

  • 父 Item 坐标

    这是父级 CanvasItem 的局部坐标系。在画布中放置 CanvasItem 时，这些画布项会继承父级 CanvasItem 的变换。CanvasItems.top_level 则是例外。

  • 画布坐标

    之前的教程 画布层 中就提到过，画布有两种（Viewport 画布和 CanvasLayer 画布），两者用的都是画布坐标系。画布坐标也叫世界坐标。一个 Viewport 可以包含多个画布，不同画布所使用的坐标系可以不同。

  • 视口坐标

    这是 Viewport 的坐标系。

  • 相机坐标

    仅在内部使用，用于实现 3D 相机光线投射等功能。

  • 嵌入器坐标 / 屏幕坐标

    场景树中的各个 Viewport（Window 或 SubViewport）不是嵌入在其他节点中，就是嵌入在操作系统的“窗口管理器”中。这种坐标系的原点位于 Window 或 SubViewport 的左上角，缩放与嵌入器或操作系统的“窗口管理器”一致。

    如果嵌入器是操作系统的“窗口管理器”，那么对应的坐标也可以称为屏幕坐标。

  • 绝对嵌入器坐标 / 绝对屏幕坐标

    这种坐标系的原点是所嵌节点或的操作系统的“窗口管理器”的左上角。缩放与嵌入器或操作系统的“窗口管理器”一致。

    如果嵌入器是操作系统的“窗口管理器”，那么对应的坐标也可以称为绝对屏幕坐标。

节点变换

此处涉及的节点都有一个或多个变换与之关联，将节点组合后就得到了在不同坐标系之间的变换。除了一些特殊情况之外，变换都是 Transform2D，下面列出了它们各自的详细信息和作用。

  • CanvasItem 变换

    CanvasItem 是 Control 或 Node2D 节点。

    Control 节点的变换包含相对于父节点原点的位置 position、缩放 scale 以及围绕轴心点的旋转 rotation。

    Node2D 节点的变换为 transform，包含位置 position、旋转 rotation、缩放 scale 以及偏斜 skew。

    变换会影响画布项本身，通常还会影响子级的 CanvasItem；如果是 SubViewportContainer 的话则会影响其包含的 SubViewport。

  • CanvasLayer 变换

    CanvasLayer 的变换为 transform，会影响该 CanvasLayer 中的所有 CanvasItem，不会影响所属 Viewport 中的其他 CanvasLayer 和 Window。

  • CanvasLayer 视口跟随变换

    follow viewport transform （跟随视口变换）是一种自动计算出来的变换。它基于 Viewport's （视口）的 canvas transform （画布变换）以及 CanvasLayer's （画布层）的 follow viewport scale （跟随视口缩放比例）得出。如果 enabled，就可以利用它来实现一种伪 3D（pseudo-3D）的视觉效果。它影响的子节点与 CanvasLayer transform （画布层变换）所影响的节点是完全相同的。

  • 视口画布变换

    画布变换会影响该Viewport 默认画布中的所有 CanvasItem，还会影响启用了“跟随视口变换”的 CanvasLayer。Viewport 中活动 Camera2D 的工作原理就是修改这个变换。该变换不会影响 Viewport 中嵌套的 Window。

  • 视口全局画布变换

    Viewport 还具有全局画布变换。这是主变换，会影响所有CanvasLayer和嵌套 Window 的变换，主要用于 Godot 的 CanvasItem 编辑器。

  • 视口拉伸变换

    最后， Viewports （视口）拥有一个 stretch transform （拉伸变换），它主要用于视口的缩放或拉伸场景。正如 Windows 在 多分辨率 （多分辨率适配）中所描述的那样，这个变换会被应用到窗口上；不过，你也可以通过设置 SubViewports （子视口）的 size （尺寸）和 size_2d_override （2D尺寸覆盖）来手动控制它。需要注意的是，它的 translation （平移）、 rotation （旋转）和 skew （倾斜）默认都是初始值，只有 scale （缩放）可以设置为非默认值。

  • 窗口变换

    多分辨率 中提到了 Window 内容的缩放和位移，为了实现这种效果，每个 Window 都包含了一个窗口变换。一个例子就是用来实现 Window 的黑边，这样 Viewport 就能够按照固定的纵横比来显示了。

  • 窗口位置

    每个 Window 都还有一个 position，描述的是它在嵌入器中的位置。嵌入器可以是另一个 Viewport，也可以是操作系统窗口管理器。

  • SubViewportContainer 收缩变换

    SubViewportContainer 的 stretch 和 stretch_shrink 声明的是它所包含的 SubViewport 是否使用相对于容器大小的整数级缩放以及对应的缩放系数。