Unity 模拟高度尺系统开发详解——实现拖动、范围限制、碰撞吸附与本地坐标轴选择

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Unity 模拟高度尺系统开发详解——实现拖动、范围限制、碰撞吸附与本地坐标轴选择      

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前言：

  在Unity开发中，构建一个可交互的高度尺控制器是许多3D工具类项目中的常见需求。本文将基于最新的 HeightGaugeController.cs 脚本，详细介绍如何通过 鼠标拖拽、坐标转换、触发器碰撞检测和轴向限制 实现一个完整的高度尺系统。

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🧭 一、项目背景与目标

在工业仿真、VR/AR 教学或虚拟装配场景中，我们经常需要模拟现实中的“高度尺”、“卡尺”等测量工具。

本教程将带你一步步实现一个 Unity 中的高度尺模拟系统 ，支持：

✅ 鼠标拖动爪子
✅ 精准限制移动范围（上下限）
✅ 碰撞物体后自动吸附表面
✅ 支持 X/Y/Z 轴向选择
✅ 使用本地坐标系，确保旋转不影响方向
✅ 屏幕坐标 → 世界坐标 → 本地坐标准确转换
✅ 对象层级结构与设置说明

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🛠️ 二、对象层级结构与组件配置

1. 场景层级结构建议如下：

HeightGauge(空对象)
├──Scaleplate
│	├── Claw (爪子)  
│   │──	├── BoxCollider（勾选 isTrigger）
│   └──	└── HeightGaugeController.cs  
│	│──	LowestLevel (底部刻度点)  
│   └── └── Transform.localPosition.y = 0（作为参考点）  
│	├── HighestLevel (顶部刻度点)  
│   └── └── Transform.localPosition.y = 10（作为上限）  
MeasurementObject (被测物体)  └── Collider + MeasurementObject.cs（定义接触面位置）

2. 关键组件说明

BoxCollider （勾选 isTrigger ）	用于触发检测，判断是否点击或碰到物体
HeightGaugeController.cs	核心脚本，控制拖动、限制、吸附、坐标转换
MeasurementObject.cs	提供触碰时的表面位置

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🔧 三、核心功能解析

1. 拖动逻辑

private bool RaycastGrabClaw()
{Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);RaycastHit hit;if (Physics.Raycast(ray, out hit) && hit.transform == transform){return true;}return false;
}

原理说明：

• 使用射线检测判断是否点击到了当前爪子对象
• 如果返回 true，表示可以开始拖动
• 记录初始鼠标位置和爪子位置，用于后续计算偏移量

2. 限定上下范围

newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);

实现逻辑：

• 在 GetMeasurePos() 中对新位置做 Mathf.Clamp() 限制
• 确保不会超出标尺上下限
• 支持 X/Y/Z 轴自由切换

3. 碰撞检测并吸附表面

使用 Trigger 系统来检测是否接触到测量物体，并记录其表面位置：

private void OnTriggerStay(Collider other)
{if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0){isClawColliding = true;MeasurementObject measurement = other.GetComponent<MeasurementObject>();colliderPosition = measurement.surface.position;}
}private void OnTriggerExit(Collider other)
{if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0){isClawColliding = false;colliderPosition = Vector3.zero;}
}

吸附逻辑：

• 判断是否是向下移动
  -若发生碰撞，则更新位置为接触点
• 不允许继续下移，但允许上移

if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding)
{newPosition.y = clawTargetPos.y;
}

4. 使用本地坐标，支持轴向选择

public enum MeasurementAxis
{X,Y,Z
}

根据枚举值动态选择轴向：

switch (measurementAxis)
{case MeasurementAxis.X:// X 方向移动逻辑break;case MeasurementAxis.Y:// Y 方向移动逻辑break;case MeasurementAxis.Z:// Z 方向移动逻辑break;
}

优点：

• 爪子即使旋转也不会影响移动方向
• 支持横版、竖版等多种测量方式

5. 屏幕坐标 → 世界坐标 → 本地坐标转换（关键逻辑）

float GetDepthInCameraSpace()
{return Vector3.Dot(transform.position - Camera.main.transform.position, Camera.main.transform.forward);
}Vector3 ScenePointToLocalPoint()
{float depth = GetDepthInCameraSpace();Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, depth));return WordPointToLocalPoint(worldPos);
}private Vector3 WordPointToLocalPoint(Vector3 worldPosition)
{return transform.parent.InverseTransformPoint(worldPosition);
}

转换流程：

• 获取相机到爪子的 Z 轴投影作为深度值
• 使用 ScreenToWorldPoint 转换屏幕坐标为世界坐标
• 再通过 InverseTransformPoint 转换为父级下的本地坐标

📌 注意：

• 深度值不能直接用 Input.mousePosition.z，而是要用相机空间中的 Z 投影
• 这样才能保证坐标转换准确无误

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📐 四、核心函数 GetMeasurePos() 解析

private Vector3 GetMeasurePos()
{Vector3 newPosition = Vector3.zero;switch (measurementAxis){case MeasurementAxis.X:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(delta.x, 0, 0);newPosition.x = Mathf.Clamp(newPosition.x, lowestLevel.localPosition.x, highestLevel.localPosition.x);if (newPosition.x <= clawTargetPos.x && isClawColliding){newPosition.x = clawTargetPos.x;}break;case MeasurementAxis.Y:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, delta.y, 0);newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding){newPosition.y = clawTargetPos.y;}break;case MeasurementAxis.Z:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, 0, delta.z);newPosition.z = Mathf.Clamp(newPosition.z, lowestLevel.localPosition.z, highestLevel.localPosition.z);if (newPosition.z <= clawTargetPos.z && isClawColliding){newPosition.z = clawTargetPos.z;}break;}return newPosition;
}

流程说明：

• 获取增量 ：delta = mouseCurrentPos - mouseInitialPos
• 计算新位置 ：基于初始位置 + 增量
• 限制范围 ：使用 Mathf.Clamp() 防止越界
• 碰撞处理 ：如果是向下移动且发生碰撞，禁止进一步下移

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📌 五、变量管理与状态同步

为了避免松开鼠标后仍执行一次赋值导致误动作，加入了状态同步机制：

private void ResetVariables()
{mouseCurentPos = Vector3.zero;mouseInitialPos = Vector3.zero;clawInitialPos = Vector3.zero;clawTargetPos = Vector3.zero;delta = Vector3.zero;
}

并在松开鼠标时调用：

if (Input.GetMouseButtonUp(0))
{isDragging = false;ResetVariables();
}

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💡 六、自定义组件：MeasurementObject.cs

为了让测量物体能提供“表面位置”，我们创建一个辅助类：

public class MeasurementObject : MonoBehaviour
{public Transform surface; // 表面位置（如物体顶部）
}

你可以把这个组件挂在测量物体上，并设置一个 Transform 来代表“接触面”的位置。

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⚙️ 七、完整代码清单（含注释）

以下是完整 C# 脚本，已加入详细注释，方便理解和复用。

文件名：HeightGaugeController.cs

using UnityEngine;
public enum MeasurementAxis
{X,Y,Z
}public class HeightGaugeController : MonoBehaviour
{// 底部标尺的 Transformpublic Transform lowestLevel;// 顶部标尺的 Transformpublic Transform highestLevel;// 测量轴public MeasurementAxis measurementAxis = MeasurementAxis.Y;// 用于指定哪些层可以被击中public LayerMask collisionLayer;// 鼠标初始位置private Vector3 mouseInitialPos;// 鼠标当前目标位置private Vector3 mouseCurentPos;// 增量private Vector3 delta;// 爪子初始位置private Vector3 clawInitialPos;// 爪子目标位置private Vector3 clawTargetPos;private bool isDragging = false;public bool isClawColliding = false;private Vector3 colliderPosition; // 爪子碰撞器位置public float measureHeight; // 爪子高度void Update(){if (Input.GetMouseButtonDown(0)){if (RaycastGrabClaw()){isDragging = true;mouseInitialPos = ScenePointToLocalPoint();clawInitialPos = transform.localPosition;}}if (isDragging && Input.GetMouseButton(0)){mouseCurentPos = ScenePointToLocalPoint();delta = mouseCurentPos - mouseInitialPos;clawTargetPos = GetMeasurePos();transform.localPosition = clawTargetPos;measureHeight = (transform.localPosition - lowestLevel.localPosition).y;}if (Input.GetMouseButtonUp(0)){isDragging = false;ResetVariables();}}private void ResetVariables(){mouseCurentPos = Vector3.zero;  // 重置目标位置mouseInitialPos = Vector3.zero; // 重置初始位置clawInitialPos = Vector3.zero;  // 重置初始爪子位置clawTargetPos = Vector3.zero;   // 重置当前目标位置delta = Vector3.zero;           // 重置增量}/// <summary>/// 检测鼠标是否点击了爪子，并返回是否成功点击。/// </summary>/// <returns></returns>private bool RaycastGrabClaw(){// 检测鼠标是否点击了爪子Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);RaycastHit hit;if (Physics.Raycast(ray, out hit) && hit.transform == transform){return true;}return false;}/// <summary>/// 这里把屏幕坐标转换为世界坐标，使用target在相机空间中的 Z 轴深度。/// </summary>/// <param name="target"></param>Vector3 ScenePointToLocalPoint(){Vector3 currentScreenPos = Input.mousePosition;float depth = GetDepthInCameraSpace(); // 使用相同深度Vector3 worldPos = Camera.main.ScreenToWorldPoint(new Vector3(currentScreenPos.x, currentScreenPos.y, depth));return WordPointToLocalPoint(worldPos);}/// <summary>/// 获取物体在相机本地空间中的 Z 值（这才是 ScreenToWorldPoint 需要的深度）/// </summary>/// <param name="target"></param>/// <returns></returns>float GetDepthInCameraSpace(){return Vector3.Dot(transform.position - Camera.main.transform.position, Camera.main.transform.forward);}/// <summary>/// 把世界坐标转换为本地坐标/// </summary>/// <param name="worldPosition"></param>/// <returns></returns>private Vector3 WordPointToLocalPoint(Vector3 worldPosition){return transform.parent.InverseTransformPoint(worldPosition);}private Vector3 GetMeasurePos(){Vector3 newPosition = Vector3.zero;switch (measurementAxis){case MeasurementAxis.X:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(delta.x, 0, 0);// 限制范围  newPosition.x = Mathf.Clamp(newPosition.x, lowestLevel.localPosition.x, highestLevel.localPosition.x);// 判断是否向下移动，并且碰撞了测量物体  if (newPosition.x <= clawTargetPos.x && isClawColliding){clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);// 如果是向下移动并且碰到物体，不允许继续下移  newPosition.x = clawTargetPos.x;}break;case MeasurementAxis.Y:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, delta.y, 0);// 限制范围  newPosition.y = Mathf.Clamp(newPosition.y, lowestLevel.localPosition.y, highestLevel.localPosition.y);// 判断是否向下移动，并且碰撞了测量物体  if (newPosition.y <= clawTargetPos.y && isClawColliding){clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);// 如果是向下移动并且碰到物体，不允许继续下移  newPosition.y = clawTargetPos.y;}break;case MeasurementAxis.Z:newPosition = clawInitialPos + new Vector3(0, 0, delta.z);// 限制范围  newPosition.z = Mathf.Clamp(newPosition.z, lowestLevel.localPosition.z, highestLevel.localPosition.z);// 判断是否向下移动，并且碰撞了测量物体  if (newPosition.z <= clawTargetPos.z && isClawColliding){clawTargetPos = WordPointToLocalPoint(colliderPosition);// 如果是向下移动并且碰到物体，不允许继续下移  newPosition.z = clawTargetPos.z;}break;}return newPosition;}private void OnTriggerStay(Collider other){if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0){isClawColliding = true;MeasurementObject measurement = other.GetComponent<MeasurementObject>();colliderPosition = measurement.surface.position;}}private void OnTriggerExit(Collider other){if (((1 << other.gameObject.layer) & collisionLayer.value) != 0){isClawColliding = false;colliderPosition = Vector3.zero;}}
}

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八、项目地址

以下是项目地址，有需要的小伙伴门可以自取:

https://download.csdn.net/download/caiprogram123/90943926

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END 感谢您阅读本篇博客！希望这篇内容对您有所帮助。如果您有任何问题或意见，或者想要了解更多关于本主题的信息，欢迎在评论区留言与我交流。我会非常乐意与大家讨论和分享更多有趣的内容。
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