unity GameObjectに直線を定義して相対角を計算したい

Question

前提・実現したいこと

unityにてロボットアームの運動学計算をしたいと考えています。
計算のためにリンク同士の相対角を毎フレーム取得する必要があります。

発生している問題

上図のようなオブジェクトの運動学計算をしたいのですが(手書きですみません...)、unityのRotation値ではなく図中の赤直線同士の角度を出したいです。
（右下の図のようにリンクを直線で置きなおせれば運動学計算ができます）
本来はオブジェクトの詳細な寸法から計算できるのですが今回は図中の赤直線の距離程度しか分かっていません。

GameObjectの中に直線やベクトルを定義して、それら同士の相対角を計算することなどは可能でしょうか。

Answer 1

角度を求めるとなると、Vector3.AngleまたはVector3.SignedAngleを使うのが順当ではないでしょうか?

下図のように各部位の赤線がオブジェクトの軸に一致するよう作ってあれば話が簡単になるかと思います。

それぞれの赤線の向きとしてTransformの軸がそのまま使えますので、たとえば下記のようなスクリプトで角度を測定したところ...

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class AngleInspector : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private Transform boom;
    [SerializeField] private Transform arm;
    [SerializeField] private Transform bucket;

    [SerializeField] private Text theta1Text;
    [SerializeField] private Text theta2Text;
    [SerializeField] private Text theta3Text;

    private void Update()
    {
        var boomDirection = this.boom.forward;
        var boomAxis = -this.boom.right;
        var armDirection = this.arm.forward;
        var armAxis = this.arm.right;
        var bucketDirection = this.bucket.forward;
        var bucketAxis = this.bucket.right;

        var theta1 = Vector3.SignedAngle(Vector3.forward, boomDirection, boomAxis);
        var theta2 = Vector3.SignedAngle(boomDirection, armDirection, armAxis);
        var theta3 = Vector3.SignedAngle(armDirection, bucketDirection, bucketAxis);
        
        this.theta1Text.text = $"Theta 1: {theta1:F2}";
        this.theta2Text.text = $"Theta 2: {theta2:F2}";
        this.theta3Text.text = $"Theta 3: {theta3:F2}";
    }
}

下図のように表示されました。

Comments

[ryosan0201]

ありがとうございます。
モデルの座標軸が今回計算したい軸と一致していないのが難点です...
今回使用しているモデルがassetファイルでしか配布されていないのですが、軸を変更できるツールなどありますでしょうか？

[Bongo]

モデルを改変するのがアセットのライセンス的に問題なければ、何らかの3Dモデリングソフト（Blenderとか?）でお好みの向きに編集してしまうことは可能だろうと思います。
ですが姿勢をいじる程度でしたら、3Dモデルファイル自体を編集しなくとも何とかなるかもしれません。

たとえば空のオブジェクトを作ってモデルオブジェクトをそれの子階層に入れ、子階層の空間内でモデルオブジェクトを回してしまう手が考えられるでしょう。好都合な向きにしたのち、3Dモデルオブジェクト自体の代わりにその親の空オブジェクトを各部位として扱うことにすれば、オブジェクトの軸を書き換えたのと同等の動作をさせられるかと思います（参考: http://portaltan.hatenablog.com/entry/2016/04/15/134129 ）。

[ryosan0201]

子階層で回転させるのは思いつきませんでした！
ありがとうございます。