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Unity记录-UGUI的屏幕自适应原理和应用

程序员文章站 2022-05-30 17:37:23
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好久没更新博客了，自从入了游戏的坑，都还在学习阶段，平时都是记录在自己的笔记上，决定抽空都转换成博客，都是一些基础加上自己工作中遇到的情况，分享出来，给想入门的人一些参考吧。

UGUI的屏幕自适应，是通过Canvas Scaler来做的，根据屏幕的分辨率，计算出canvas的大小，同时计算ScaleXY,通过Size + Scale来控制Canvas的变换，UI作为canvas的子物体，也会跟随着一起变化；为了保证UI的位置，需要在设计UI的时候，对角落，边缘的UI做特殊的处理，利用锚点来保证UI与边缘或角落的距离，锚点的概念就不多说了，一句话：锚点的向量值就是锚点与自己轴心的距离。根据ugui提供的几种默认的锚点位置，就能满足基本的需求，然后改变分辨率，再验证一下UI的位置是否正确。

Canvas Scaler

首先要明确几个概念：

  1. Reference Resolution : 参考的屏幕大小，选择主流的分辨率，在这个分辨率下设计UI。
  2. Screen Size : 当前的屏幕大小
  3. Canvas Size : Canvas RectTransform的宽高
  4. Scale Factor: 用于计算ScaleXy,缩放Canvas，来适应屏幕。 ScaleFactor = ScreenSize / Canvas Size;只有当canvas的renderMode为screen Space时才有效。
  5. Canvas.Rectransform.ScaleXYZ , canvas的缩放比例
    在ScreenSpace->overlay模式下，ScaleXYZ = scaleFactor
    在ScreenSpace->Camera模式下，ScaleXYZ = scaleFactor * scaleFactorCamera（只是说明camera的影响因子）

UI Scale Mode是三种模式

Constant Pixel Size

通过Scale Factor直接缩放所有的UI元素,按照scaleFactor = Screensize/ canvasSize的规则变化。
当scaleFactor= 1时，canvasSize和screenSize是相等的。

接下来是参数：Reference pixels Per Unit，每单位的像素数，用来决定UI在世界坐标中的大小。
其实还有另外一个pixel per unit，它是Sprite的属性，这两个有什么关系呢？
PixelPerUnit = spritePixelperUnit / reference pixels per unit
这个两个共同作用，计算出真实的PixelPerUnit
UI的大小 = 原图的width / PixerlperUnit * 原图的height / PixelPerUnit
要在Unity中看到UI的真实大小，需要点击image的set Native Size。

Scale with Screen Size

根据屏幕尺寸来调整UI的缩放值，具体项目中使用哪种模式，根据自己而定，一般选择match width or Height 或者Expand。不过一般推荐使用expand,它可以完整的显示UI，不会出现裁剪的问题。

Screen Match Mode 的三种模式：

  • Match Width or Height
    根据宽度或高度来适应canvas size
    具体根据Match的值，

  1. Match = 0, 根据宽度进行缩放，只有屏幕的宽度变换对UI有影响。
    此时，CanvasSize.width = Reference resolution. x
    scale Factor = ScreenSize.width / CanvasSize.width
    CanvasSize.height = ScreenSize.height / Scalefactor
    计算出CanvasSize的高度。

  2. Match=1 , 根据高度进行缩放，
    CanvasSize.Height = ReferenceResolution.y
    ScaleFactor = ScreenSize.height / CanvasSize.height;
    CanvasSize.width = ScreenSize.Width / ScaleFactor ;

  3. Match = (0, 1) 根据两者的权重来加成。

如果是横版游戏，以高度缩放，竖版游戏按宽度缩放。
下面是UGUI的源码，可以看到还是比较清楚的，对数变换可以忽略

case ScreenMatchMode.MatchWidthOrHeight:
 {
      float logWidth = Mathf.Log(screenSize.x / m_ReferenceResolution.x, kLogBase);
      float logHeight = Mathf.Log(screenSize.y / m_ReferenceResolution.y, kLogBase);
      float logWeightedAverage = Mathf.Lerp(logWidth, logHeight, m_MatchWidthOrHeight);
      scaleFactor = Mathf.Pow(kLogBase, logWeightedAverage);
  }
  • Expand
    将Canvas Size进行宽或高扩大，让他高于Reference Resolution(参考分辨率)。
    计算方式：
    scaleFactor = Mathf.Min(screenSize.x / referenceresolution.x, screenSize.y / referenceresolution.y);
    当reference Resolution = 1280 * 720 ,Screen Size = 800 * 600
    Scale Factor Width = 800/1280 = 0.625;
    Scale Factor Height = 600 / 720 = 0.8333
    取较小的值Scale Factor = 0.625
    根据ScaleFactor = ScreenSize / CanvasSize
    Canvas Size Width = 800 / 0.625 = 1280;
    Canvas Size height = 600 / 0.625 = 960;
    Canvas Size= 1280 * 960
    高度从720变成960， 最大程度的放大。缩放不剪切；适合制作较小的标准尺寸，扩充到较大屏幕上。保证UI中的元素都在屏幕内部，可能会出现侧边空白。

Unity记录-UGUI的屏幕自适应原理和应用

  • Shrink
    将Canvas Size进行宽或高的收缩，让他低于Reference Resolution
    ScaleFactor = Mathf.Max((screenSize.x / referenceresolution.x, screenSize.y / referenceresolution.y)
    同样的计算，
    Canvas Size从1280 * 720 收缩为960 * 720 ，最大程度的缩小；缩放且剪切
    保证屏幕侧边不会出现空白，可能会将UI裁剪掉。

  • 计算ScaleXY
    上面已经谈论过了，在screen space 下，当改变尺寸时，canvas size 会发生变化，变化的规则也在上面进行了说明，但是同时我们也注意到canvas的Scale也是发生了变化。
    下面我们来讨论在Screen Space-camera下，canvas是怎么做适配的
    使用了camera来渲染UI，canvas此时是处于世界空间中，现在要做的就是把canvas和投影空间的投影平面重叠，为了满足这个目的，canvas会进行缩放和变换来适应。
    一直满足等式：canvas.height * ScaleXY = 投影面height
    1.正交相机
    参数Size ,定义了投影平面的高的1/2,
    Canvas.height * Scale = camera.size * 2
    Canvas.height可以根据上面讨论过的规则计算出，然后scale = camera.size * 2 / cavas.height ;

2.透视相机
参数是Fov,同时要考虑canvas.planedistance;
canvas.height * Scale = 2 * canvas.planeDistance * tan(camera.fov/2)
举例：
当reference Resolution = 1280 * 720 ,Screen Size = 800 * 600
正交相机： Size = 360
上面已经计算过了，Canvas.heigt = 960
则Scale = 360 * 2 / canvas.height = 0.75
Unity记录-UGUI的屏幕自适应原理和应用

在canvasSize 和scaleXyz的共同作用下，canvas才能一直和投影空间重叠。为了适配平面大小，canvassize进行变换，同时又为了与投影空间重叠，scaleXYZ跟随着变换。

Constant Physical Size

通过硬件设备的DPi(Dots per Inch 每英寸点数)进行缩放。不管屏幕的size如何变化，都会保持UI的大小不变

计算屏幕变换时，UI的缩放系数计算

UI的适配，只要设置好UI控件的锚点位置，ugui会自动为我们做适配，但是如果我们要知道具体UI的缩放系数，还需要结合上面讨论的canvas缩放的规则来进行计算。

项目中使用的是expand模式
float referenceAspect = referencesolution.x / referencesolution.y
float ScreenAspect = Screen.Width / Screen.Height

如果ScreenAspect > referenceAspect 时，
Screen.Width / Screen.Height > reference.x / reference.y
做一个简单的变换：
Screen.Width / reference.x > Screen.Height/ reference.y
可以回到上面看一下，scalefactor的计算方法，取的是w和h中缩放小的那个，这个时候，取的是Height的缩放。
所以canvas 在缩放的时候，height是不变的，对canvassize的Width进行扩大，
canvassize.x= Screen.w * referenc.y / Screen.h
标准的canvas的宽度是是reference.x
所以canvas当前的W的缩放因子是 ， canvassize.x / referenc.x =
Screen.w / reference.x * reference.y / Screen.h = ScreenAspect / referenceAspect
所以H的缩放因子是1， W的缩放因子是ScreenAspect / referencsAspect。

同理，如果refereneAspect > ScreenAspect
则，Screen.h / reference.x > Screen.W / reference.y
所以canvas的规则就是，W不变， H缩放
W的缩放因子是1
H的缩放因子是referenceaspect / ScreenAspect
用代码表示：

float  ScreenAspect = Screen.width / Screen.height;
float referenceAspect = reference.x / reference.y ;
float Wscale ；W方向的缩放
float Hscale；
float FullScale；全屏的缩放
if(ScreenAspect > referenceAspect)
{
    Hscale = 1.0f;
    Wscale = ScreenAspect / referenceAspect;
    FullScale = Wscale;
}
else if(ScreenAspect < referenceAspect)
{
    Wscale = 1.0f;
    Hscale = referenceAspect / ScreenAspect;
    FullScale = Hscale ;
}
else 
{
    Wscale = 1.0f;
    Hscale = 1.0f
    FullScale = 1.0f ;
}

UI上3D物体相关的适配

如果UI上用到了3D模型，而且是用单独的3D相机去渲染的。而且模型在UI的上面，如果屏幕尺寸发生变换，模型不会变化，UI可能会缩小，模型会挡住原来旁边的UI，所以需要对3D物体根据屏幕尺寸进行缩放，问题是这个缩放比例的计算。
可以利用上面计算的UI缩放系数，来缩放相机的参数
如果是透视相机，缩放fov
如果是正交相机，缩放size
达到3D模型适配UI的效果，正交相机是亲测有效

所以如果有这种3D模型叠在UI上的需求，最好还是用RenderTexture来做，不需要考虑这种适配的问题。

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