Unity Mathf的数值平滑方法

· 2025-11-18 · # Mathf # 数学方法 # Unity

Unity 的 Mathf 类中，用于 数值平滑（渐变、缓冲、缓动） 的核心方法有 5 个，覆盖不同平滑场景（线性渐变、带减速缓冲、缓入缓出、往返平滑等），以下是完整整理，含 方法功能、适用场景、可运行示例，方便直接套用：

一、核心数值平滑方法（按常用度排序）

1. Mathf.SmoothDamp（平滑阻尼，最常用）

功能

带 自然减速效果 的平滑趋近目标值，通过速度变量（引用类型）模拟惯性，最终平稳停在目标值，不会超调。

关键特性

有“缓冲感”，适合需要自然减速的场景（如相机跟随、数值缓冲）；
需持续在 Update 中调用，速度变量需提前初始化且作为 ref 参数传入。

示例代码（相机平滑跟随目标X轴）

public Transform target; // 跟随目标
private float currentX;
private float velocity = 0f; // 速度变量（必须初始化）
public float smoothTime = 0.3f; // 平滑时间（越小越快）

void Start()
{
    currentX = transform.position.x;
}

void Update()
{
    // 平滑阻尼趋近目标X坐标
    currentX = Mathf.SmoothDamp(currentX, target.position.x, ref velocity, smoothTime);
    // 应用到相机位置
    transform.position = new Vector3(currentX, transform.position.y, transform.position.z);
}

适用场景

相机跟随、UI元素平滑移动、血条/音量等数值缓冲、物体惯性运动。

2. Mathf.SmoothStep（缓入缓出平滑）

功能

在 from 和 to 之间做 S形曲线过渡（缓入+缓出），t 在 0~1 范围内时，数值先慢后快再慢，比线性插值更自然。

关键特性

无需持续调用，只要 t 从 0 渐变到 1 即可触发平滑效果；
t 超出 0~1 时，结果会紧贴 from 或 to（不会外推）。

示例代码（UI按钮缩放动画）

public Transform btnTransform;
public float duration = 1f; // 动画时长

void Update()
{
    // t 从 0 循环到 1（配合PingPong实现往返）
    float t = Mathf.PingPong(Time.time / duration, 1f);
    // 缓入缓出缩放（0.8→1.2→0.8）
    float scale = Mathf.SmoothStep(0.8f, 1.2f, t);
    btnTransform.localScale = Vector3.one * scale;
}

适用场景

UI动画（缩放、位移、透明度）、物体缓动效果、平滑过渡的参数调整。

3. Mathf.Lerp（线性插值，基础平滑）

功能

在 a 和 b 之间做 线性渐变（匀速过渡），t 为 0 时返回 a，t 为 1 时返回 b，中间值匀速变化。

关键特性

平滑效果均匀，但无减速，适合需要匀速渐变的场景；
需持续在 Update 中调用，通过 t = speed * Time.deltaTime 控制渐变速度（帧率无关）。

示例代码（音量平滑调节）

public AudioSource audioSource;
public float targetVolume = 0.7f;
public float smoothSpeed = 1f;

void Update()
{
    // 线性插值平滑调节音量
    float currentVolume = Mathf.Lerp(audioSource.volume, targetVolume, smoothSpeed * Time.deltaTime);
    audioSource.volume = currentVolume;
    
    // 接近目标时停止打印（避免无限循环）
    if (Mathf.Approximately(currentVolume, targetVolume))
    {
        Debug.Log("音量调节完成");
        enabled = false;
    }
}

适用场景

匀速数值过渡、简单移动渐变、参数线性调整（如亮度、透明度）。

4. Mathf.MoveTowards（匀速趋近，无超调）

功能

匀速逼近目标值，每次移动的最大步长为 maxDelta，到达目标后直接停止（不会超调），本质是“限制步长的线性渐变”。

关键特性

比 Lerp 更精准控制移动速度，适合需要明确“每秒移动X单位”的场景；
无需手动处理目标边界，到达后自动停住。

示例代码（物体匀速平滑移动到目标点）

public Transform target;
public float moveSpeed = 3f; // 每秒移动3个单位
private Vector3 currentPos;

void Start()
{
    currentPos = transform.position;
}

void Update()
{
    // 匀速趋近目标X坐标（Y、Z保持不变）
    currentPos.x = Mathf.MoveTowards(currentPos.x, target.position.x, moveSpeed * Time.deltaTime);
    transform.position = currentPos;
    
    // 到达目标时提示
    if (Mathf.Approximately(currentPos.x, target.position.x))
    {
        Debug.Log("移动完成");
        enabled = false;
    }
}

适用场景

角色匀速移动、物体追击、数值匀速变化（如倒计时、进度条填充）。

5. Mathf.PingPong + 平滑方法（往返平滑）

功能

PingPong 本身是“往返循环”方法（0→length→0），配合 Lerp/SmoothStep 可实现 往返平滑过渡（如呼吸灯、摇摆动画）。

关键特性

无需手动控制“往返方向”，PingPong 自动循环 t 值；
结合 SmoothStep 可实现往返缓入缓出，效果更自然。

示例代码（呼吸灯效果）

public Light pointLight;
public float duration = 2f; // 一个往返周期（亮→暗→亮）

void Update()
{
    // t 从 0 循环到 1（PingPong 控制往返）
    float t = Mathf.PingPong(Time.time / duration, 1f);
    // 结合 SmoothStep 实现缓入缓出的亮度变化（0.5→2→0.5）
    float intensity = Mathf.SmoothStep(0.5f, 2f, t);
    pointLight.intensity = intensity;
}

适用场景

呼吸灯、物体往返摇摆、UI元素闪烁、数值周期性平滑波动。

二、角度专用平滑方法（数值平滑的衍生场景）

如果需要平滑处理 角度旋转（如角色转向、相机旋转），Mathf 提供了 3 个角度专用平滑方法，自动处理 360° 边界问题（避免绕远路）：

1. Mathf.SmoothDampAngle（角度平滑阻尼）

public float targetAngle = 90f;
private float currentAngle = 0f;
private float velocity = 0f;
public float smoothTime = 0.2f;

void Update()
{
    // 平滑阻尼旋转（自动走最短路径）
    currentAngle = Mathf.SmoothDampAngle(currentAngle, targetAngle, ref velocity, smoothTime);
    transform.rotation = Quaternion.Euler(0, currentAngle, 0);
}

2. Mathf.LerpAngle（角度线性插值）

public float targetAngle = 180f;
private float currentAngle = 0f;

void Update()
{
    // 角度线性平滑（自动处理360°边界）
    currentAngle = Mathf.LerpAngle(currentAngle, targetAngle, 0.5f * Time.deltaTime);
    transform.rotation = Quaternion.Euler(0, currentAngle, 0);
}

3. Mathf.MoveTowardsAngle（角度匀速趋近）

public float targetAngle = 270f;
private float currentAngle = 0f;
public float rotateSpeed = 60f; // 每秒转60度

void Update()
{
    // 角度匀速旋转（自动走最短路径）
    currentAngle = Mathf.MoveTowardsAngle(currentAngle, targetAngle, rotateSpeed * Time.deltaTime);
    transform.rotation = Quaternion.Euler(0, currentAngle, 0);
}

三、平滑方法选择指南（避免踩坑）

需求场景	推荐方法	核心优势
带减速的自然平滑（如相机跟随）	Mathf.SmoothDamp	有惯性，效果自然，无超调
缓入缓出的动画（如UI缩放）	Mathf.SmoothStep	S形曲线，比Lerp更柔和
匀速渐变（如音量调节）	Mathf.Lerp	简单直接，适合基础平滑需求
精准控制速度（如角色移动）	Mathf.MoveTowards	明确步长，到达目标自动停止
往返平滑（如呼吸灯）	Mathf.PingPong + SmoothStep	自动循环，无需手动控制方向
角度旋转（如角色转向）	SmoothDampAngle/LerpAngle	自动处理360°边界，避免绕远路

四、关键使用注意事项

持续调用要求：SmoothDamp/Lerp/MoveTowards 需在 Update/FixedUpdate 中持续调用，单次调用仅返回当前插值结果；
速度变量初始化：SmoothDamp/SmoothDampAngle 的 velocity 参数必须初始化（如 float velocity = 0f），且是 ref 类型（不能直接传字面量）；
帧率无关：所有平滑方法的“速度/步长”需乘以 Time.deltaTime，确保不同帧率下平滑效果一致；
边界处理：角度平滑优先用专用方法（如 LerpAngle），避免手动计算角度差导致的绕路问题；
停止条件：用 Mathf.Approximately 判断是否到达目标值（避免浮点数精度误差），防止无限循环。

这些方法覆盖了 Unity 开发中 95% 以上的数值平滑场景，结合使用可实现自然、流畅的动画和数值过渡效果。