2D 座標系與 2D 變換

前言

這是一份關於 Godot 內建 2D 座標系與 2D 變換的詳細說明。基本概念請參考 Viewport 和畫布變換。

Transform2D 是用來將座標從一個座標系轉換到另一個座標系的矩陣。要有效運用它們，建議先了解 Godot 支援哪些座標系。若想深入理解其底層原理，請參考 矩陣與轉換 教學。

Godot 2D 座標系

下方圖示概述了 Godot 2D 座標系，以及可用的節點變換、變換函式和座標系相關函式。左側為作業系統視窗管理器螢幕，右側為 CanvasItems。為簡化說明，圖中未包含 SubViewport、SubViewportContainer、ParallaxLayer 和 ParallaxBackground，這些也會影響變換。

該圖以如下結構的節點樹為基礎： 根視窗（嵌入視窗） ⇒ 視窗（不嵌入視窗） ⇒ CanvasLayer ⇒ CanvasItem ⇒ CanvasItem ⇒ CanvasItem 。實際應用中可能有更複雜的組合，例如多層嵌套的視窗和子視口，本範例僅做方法論上的概述。

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點擊圖示可放大。

  • 物件座標

    這是 CanvasItem 的本地座標系。

  • 父物件座標

    這是父級 CanvasItem 的本地座標系。當在 Canvas 中擺放 CanvasItems 時，通常會繼承父級 CanvasItem 的變換。例外情況為 CanvasItems.top_level。

  • 畫布座標

    如前述 畫布層，Godot 有兩種畫布（Viewport 畫布與 CanvasLayer 畫布），皆有其座標系。這些也稱為世界座標系。一個 Viewport 可包含多個不同座標系的畫布。

  • 視口座標

    這是 Viewport 的座標系。

  • 相機座標

    這僅供內部如 3D 相機射線投影等功能使用。

  • 嵌入器座標／螢幕座標

    場景樹中的每個 Viewport*（*Window 或 SubViewport）都會嵌入於其他節點，或作業系統的視窗管理器中。此座標系的原點為 Window 或 SubViewport 的左上角，比例則與其嵌入對象或作業系統視窗管理器一致。

    若嵌入對象為作業系統視窗管理器，則稱為螢幕座標。

  • 絕對嵌入器座標／絕對螢幕座標

    此座標系的原點是嵌入節點或作業系統視窗管理器畫面的左上角，比例與嵌入器或作業系統視窗管理器相同。

    若嵌入對象為作業系統視窗管理器，則稱為絕對螢幕座標。

節點變換

上述每個節點皆有一個或多個變換，這些節點組合起來便構成不同座標系間的變換。除了少數例外，這些變換均為 Transform2D，下方列表說明各自細節與影響。

  • CanvasItem 變換

    CanvasItem 可以是 Control 節點或 Node2D 節點。

    對於 Control 節點，變換包含相對於父節點原點的 position，以及以 pivot point 為中心的 scale 與 rotation。

    對於 Node2D 節點，transform 包含 position、rotation、scale 以及 skew。

    這個變換會影響自身，通常也會連帶影響子 CanvasItem；若為 SubViewportContainer，則會影響其所包含的 SubViewport。

  • CanvasLayer 變換

    CanvasLayer 的 transform 會影響該層內所有 CanvasItem，但不會影響同一 Viewport 內的其他 CanvasLayer 或 Window。

  • CanvasLayer 跟隨視口變換

    跟隨視口變換 是一種自動計算的變換，依據 Viewport 的 canvas transform 及 CanvasLayer 的 follow viewport scale 而定。若啟用 follow viewport enabled，可用來實現類 3D 效果。其影響對象與 CanvasLayer 變換 相同。

  • Viewport 畫布變換

    canvas transform 會影響 Viewport 預設畫布內的所有 CanvasItem，也會影響啟用跟隨視口變換的 CanvasLayer。Viewport 內活動的 Camera2D 會調整這個變換。但不影響該 Viewport 下嵌入的 Window。

  • Viewport 全域畫布變換

    Viewport 也有 global canvas transform，這是主變換，會影響所有子 CanvasLayer 及嵌入的 Window 變換。此功能主要用於 Godot 編輯器的 CanvasItem 編輯工具。

  • Viewport 拉伸變換

    最後, Viewport 有 拉伸變換, 當視口調整大小或拉伸時會套用這個變換。此變換用於 Window (詳見 多重解析度) , 也可透過 size 或 size_2d_override 手動設定於 SubViewport。其 translation 、 rotation 、 skew 為預設值, 僅 scale 可設為非預設值。

  • Window 變換

    為了按照 多重解析度 的描述縮放與定位 Window 內容，每個 Window 都有一個 window transform。例如，這就是讓 Window 兩側出現黑邊，確保 Viewport 以固定寬高比顯示的原因。

  • Window 位置

    每個 Window 也有 position，用來描述其在嵌入器（例如另一個 Viewport 或作業系統視窗管理器）內的位置。

  • SubViewportContainer 縮放變換

    stretch 搭配 stretch_shrink，用以設定 SubViewportContainer 內的 SubViewport 是否要根據容器大小縮放，以及縮放的整數比例因數。