游戏开发中三角函数与反三角函数

数学知识,对于游戏开发很重要,今天我们来说说三角函数与反三角函数。

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1: 相似三角形

两个三角形相似,可以得到一个结论,三角形的三个角度对应相等,三个边对应成比例。


如果有两个三角形,有两个角是相等的,第三个角也会相等(三角形内角和为180度),这个这两个三角形相似。

2: 相似直角三角形

一个角为直角的三角形,为直角三角形,如果两个直角三角形,有一个除直角以外的角相等,那么这两个直角三角形相似。


根据三角形相似,可以得到x1/r1 = x2/r2, y1/r1 = y2/r2,  x1/x2 = y1/y2,这些比例等式,以及他的变化如:

   (x2/x1=y2/y1)


对于一个直角三角形,如果一个锐角固定,比如30度,那么这一类三角形都相似,相似三角形边成比例,

所以30度的三角形,对边/斜边  y1/r1 值是固定的,邻边/斜边 x1/r1 值是固定的。对边/邻边是固定的值,邻边/对边也是固定的, 你只要搞一个对应角度的三角形,就能知道这个比例值,所以就得到,给一个角度,就能知道一个比例。

我们就得到一个概念,30度的直角三角形,

正弦: 对边/斜边得到的固定值,称为 sin(30);

余弦: 邻边/斜边得到固定的值, 称为cos(30);

正切:  对边/邻边得到的固定值,称为tan(30);

余切:  邻边/对边得到的固定值,称为ctan(30);

只要角度不同,根据这个角度,就可以得到这个比例,这个映射关系我们叫做三角函数。

   value = sin(角度), value = cos(角度) value = tan(角度)  value = ctan(角度)

3: 三角函数推广。

刚才我们分析的是直角三角形里面的一个比例函数,根据相似三角形推导而来。给定一个直角三角形的锐角,他的

各种比例关系就是确定的,形成了一个角度与比例值的一些列函数,我们统称三角函数。

因为直角三角形中,只能是锐角,我们接下来把三角函数推广。

先看一个坐标系,已知一个点的坐标为(x, y), 已知原点为(0, 0), 坐标距离原点的距离为len

原点到点(x, y)的向量与x轴的角度为r;

正弦: sin(角度) = y/len;  余弦cos(角度)=x/len, 正切:  tan(角度) = y/x, ctan(角度) = x/y。

这样推广的好处,不只是直角三角形,直角三角形只能是锐角,这样推广到了任意角度。


4: 反三角函数

既然角度可以得到比例,那么比例也可以得到角度,这个是反三角函数。

根据上面的推断,  已知(x, y)点的坐标,就可以获得角度。这个叫做反三角函数,一般编程语言的数学库都提供了,Math.atan2(y, x)

第一个参数填y坐标,第二个填x坐标。这样已知一个点(向量)即可求的角度。我们计算角色朝向的时候经常需要用到这个函数。

但有一个要注意,Math.atan2返回的角度是弧度。

5: 弧度与角度

一个长度,可以用米来表示,也可以用厘米来表示,米和厘米只是这个长度的一个度量单位。

一个重量, 可以用斤表示,也可以用俩表示。斤与俩只是重量的一个度量单位。

一个角度,可以用度与弧度来表示。一个圆周, 度为360度,弧度为2*PI。180度为PI弧度。

这样就得到了弧度与度的转换,

度转弧度,有几个180,就有几个PI弧度。例如degree角度转弧度r

        r = (degree /180) * PI

弧度转度,有几个PI,就有几个180度

        degree = (r / PI) * 180

6: 习题练习

   a: 遥感的向量(x, y), 如何求角色的朝向角度?

       r = Math.atan(y, x)

   b: 遥感的向量为(x, y), 速度大小为speed, 如何做矢量分解?

      vx = speed * x / len;

      vy = speed * y / len;

      len 为(x, y) 到(0, 0)的长度;

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