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基于HTML5 Canvas的CSG构造实体几何书架

分类： HTML5

2017-11-08 08:07:02


CSG 构造实体几何这个概念在工业水利水电施工上、游戏上已经有很多人使用了，最简单的实体表示叫作体元，通常是形状简单的物体，如立方体、圆柱体、棱柱、棱锥、球体、圆锥等。根据每个软件包的不同这些体元也有所不同，在一些软件包中可以使用弯曲的物体进行 CSG 处理，在另外一些软件包中则不支持这些功能。构造物体就是将体元根据集合论的布尔逻辑组合在一起，这些运算包括：并集、交集以及补集。我们一般可以用 CSG 来将简单的模型合在一起生成复杂的模型，这样在构造模型的时候会省很多力。

HT 中的 ht.CSGNode 图元类型就是参考 CSG 封装的一个函数，ht.CSGNode 继承于 ht.Node，当 style 的 shape3d 属性为空时显示为六面体效果，CSGNode如果通过 setHost 吸附到 宿主 CSGNode 或 CSGShape 后，宿主 CSGNode 或 CSGShape 可与吸附的CSGNode图元进行CSG的组合建模。详情请参考 。这里我用 CSG 的概念写了一个例子，让大家能更好地理解这个概念。

本例 Demo 地址： 

先来看下效果图：

从上面效果图可以看到，我们将界面分为三个部分，这三个部分先是右边部分上下分割，然后将整个界面左右分割，HT 用封装好的 ht.widget.SplitView 进行界面的分割，然后将分割组件添加进底层 div 中：


  1. dm = new ht.DataModel();// 数据模型
  2. treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
  3. gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 组件
  4. gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
  5. splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割组件
  6. mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);
  7.                 
  8. view = mainSplit.getView();
  9. view.className = 'main';
  10. document.body.appendChild(view);
  11. window.addEventListener('resize', function (e) {
  12.     mainSplit.invalidate();
  13. }, false);


上面代码是一种非常常见的在 HTML 中添加 HT 组件的方法，详情可参考 组件章节。这种方法进行添加 HT 组件有一个需要注意的点，因为 HT 一般都以设置 position 为 absolute 的绝对定位方式，必须设置 left、right、top、bottom 等等基础 css 样式，像这样：

  1. .main {
  2.      margin: 0px;
  3.      padding: 0px;
  4.      position: absolute;
  5.      top: 0px;
  6.      bottom: 0px;
  7.      left: 0px;
  8.      right: 0px;
  9. }


所以为了最外层组件加载填充满窗口的方便性，HT 的所有组件都有 addToDOM 函数，其思想逻辑如下，其中 iv 是 invalidate 的缩写：
  1. addToDOM = function(){
  2.     var self = this,
  3.     view = self.getView(),
  4.     style = view.style;
  5.     document.body.appendChild(view);
  6.     style.left = '0';
  7.     style.right = '0';
  8.     style.top = '0';
  9.     style.bottom = '0';
  10.     window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false);
  11. }

以后我们在代码中就可以直接调用 addToDOM 函数，而不用写一大堆代码了，上面代码用 addToDOM 取代之后的代码如下，而且不用描绘 css 样式： 

  1. dm = new ht.DataModel();// 数据模型
  2. treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
  3. gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 组件
  4. gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
  5. splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割组件
  6. mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);
  7. mainSplit.addToDOM();


界面分配好之后我们就要对其添加内容了，界面的左边部分是 HT 封装的树组件，我在之前的文章写到过，树组件是一个非常方便的绘制树形关系的组件，开发人员能够轻松地从数据模型 DataModel 中获取数据和节点之间的关系放到树上，只需要在树组件声明的过程中，将对应的数据模型 DataModel 放进树组件的参数即可，当然我们还扩展了很多跟树组件有关的函数，非常方便实用，这里我们只用了 expandAll 函数，将所有对象展开：

  1. treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
  2. treeView.expandAll();


右边部分上下分为两部分，都是 3D 场景，就是设置显示有点不同，其他完全相同，上面的 3D 场景重载了 getVisibleFunc 函数，如果元素的 showMe 属性为 true，则可视；如果节点为 ht.CSGNode 类型并且节点的 getHost 函数的参数为空，则不可视；其他情况均可视：

  1. gv1.setVisibleFunc(function(data){
  2.     if(data.showMe){
  3.         return true;
  4.     }
  5.     if(data instanceof ht.CSGNode && data.getHost()){
  6.         return false;
  7.     }
  8.     return true;
  9. });


我们先向 3D 场景中添加元素对象，我们先解释中间的书架，对两边的书架有缺的再进行补充。首先我们添加了一个 ht.CSGNode 节点 shelf，作为书架的主节点，其他的节点都是依附于这个节点的，对这个节点设置了位置、大小、名称以及六个面的颜色，然后添加进数据模型 DataModel： 

  1. var shelf = new ht.CSGNode();
  2. shelf.s3(500, 400, 120);
  3. shelf.p3(0, 200, 0);
  4. shelf.setName('shelf1');
  5. shelf.s({
  6.     'all.color': '#E5BB77'
  7. });
  8. dm.add(shelf);


接着向这个 shelf 中添加 10 个节点，做书架的格子效果，并设置依附关系和父子关系添加进数据模型中：
  1. for(var i=0; i<2; i++){
  2.     for(var j=0; j<5; j++){
  3.         var clipNode = new ht.CSGNode();
  4.         clipNode.setHost(shelf);
  5.         clipNode.s3(80, 100, 120);
  6.         clipNode.p3(-200+j*100, 340-i*120, 20);
  7.         clipNode.setName('substract-'+i+'-'+j);
  8.         clipNode.s('batch', 'tt');
  9.         clipNode.setParent(shelf);
  10.         dm.add(clipNode);
  11.     }
  12. }

为了让书架变得更美观一点，我们在书架的上下左右都加上了 ht.CSGNode，最后为了更加具象化，我们还添加了一本书，实现方式也差不多，都非常简单：

  1. var book = new ht.Node();
  2. book.setName('CSS3: The Missing Manual');
  3. book.s3(60, 80, 8);
  4. book.p3(-100, 210, 20);
  5. book.r3(-Math.PI/6, Math.PI/5, 0);
  6. book.setIcon('book');
  7. book.s({
  8.     'front.image': 'book',
  9.     'back.color': 'white',
  10.     'left.color': 'white',
  11.     'all.color': 'gray'
  12. });
  13. book.setHost(shelf);
  14. book.setParent(shelf);
  15. dm.add(book);


接着左边的书架也是类似的构建方法，有一点不同的是，这边有一个 ht.CSGBox 类型，继承于 ht.CSGNode，其除具备父类 CSGNode 的挖空等功能外，还可对六个面进行旋转展开关闭的操作，这里我们的节点只设置了前面的能够旋转展开，并且设置了一系列的样式：
  1. clipNode = new ht.CSGBox();
  2. clipNode.setName('CSGBox-Expand-Left');
  3. clipNode.s3(100, 100, 120);
  4. clipNode.p3(0, 65, 0.1);
  5. clipNode.setHost(shelf);
  6. clipNode.showMe = true;
  7. clipNode.s({
  8.     'all.visible': false,//6面均不可见
  9.     'front.visible': true,//前面可见
  10.     'front.toggleable': true,//允许前面双击展开
  11.     'front.reverse.flip': true,//前面的反面显示正面的内容
  12.     'front.transparent': true,//前面透明
  13.     'front.end': Math.PI * 0.7,//前面展开状态的结束旋转弧度
  14.     'front.color': 'rgba(0, 50, 50, 0.7)'//前面颜色
  15. });
可能你们还想知道下面的地球是怎么做到的？还记得之前的文章写到过 HT 中设置了 shape3d 属性，设置这个属性实际上就是在操作 setShape3dModel(name, model) 和 getShape3dModel(name)，可以通过这个属性设置为 box|sphere|cylinder|cone|torus|star|rect|roundRect|triangle|rightTriangle|parallelogram|trapezoid 等等模型，这些模型也都是 HT 封装好的，要使用时直接设置 shape3d 为其中的一个值即可，如这个例子中用到 “shape3d: sphere” 就是设置为球体。我们简单地用一张地图图片包裹在这个球体的外侧，当然，这张地图图片是先通过 ht.Default.setImage 注册过的，然后通过 shape3d.image 将图片附到这个节点上：
  1. earth = new ht.Node();
  2. earth.setName('earth');
  3. earth.s3(70, 70, 70);
  4. earth.p3(0, 50, 0);
  5. earth.s({
  6.     'shape3d': 'sphere',
  7.     'shape3d.image': 'earth'
  8. });
  9. earth.setHost(shelf);
  10. earth.setParent(shelf);
  11. dm.add(earth);

右边的书架，同样也是有一个主节点，其他节点依附于它，但是我们看到这边换了一个新的节点类型 ht.DoorWindow，ht.DoorWindow继承于 ht.CSGNode，其除具备父类 CSGNode 的挖空等功能外，还可进行整体的旋转展开关闭的操作， 常用于作为门或窗的业务对象，吸附于 CSGNode 或 CSGShape 的 host 作为墙面的图元。这个节点类型就是 ht.CSGNode 的延展，相对来说就是区分了实际应用而添加了不同的 style 参数，更多的属性请到  查看然后添加到节点中玩玩：

  1. photos = new ht.DoorWindow();
  2. photos.setName('DoorWindow-Photos');
  3. photos.setIcon('ben12');
  4. photos.s3(110, 100, 130);
  5. photos.p3(5, 180, 0);
  6. photos.setHost(shelf);
  7. photos.showMe = true;
  8. photos.s({
  9.     'bottom.uv': [1,1, 1,0, 0,0, 0,1],
  10.     'bottom.uv.scale': [1, 1],
  11.     'left.uv.scale': [3, 3],
  12.     'top.uv.scale': [2, 2],
  13.     'dw.s3': [0.8, 0.9, 0.05],
  14.     'dw.t3': [0, -5, 0],
  15.     'dw.axis': 'v',
  16.     'dw.toggleable': false,
  17.     'front.image': 'ben1',
  18.     'back.image': 'ben2',
  19.     'all.color': '#F8CE8B'
  20. });
  21. photos.setParent(shelf);
  22. dm.add(photos);


最后，我们将左侧的地球 earth 和右侧的照片 photo 旋转起来：
  1. var angle = 0;
  2. setInterval(function(){
  3.     angle += Math.PI/40;
  4.     earth.r3(0, angle, 0);
  5.     photos.s('dw.angle', angle);
  6. }, 50);
    1. var angle = 0;
    2. setInterval(function(){
    3.     angle += Math.PI/40;
    4.     earth.r3(0, angle, 0);
    5.     photos.s('dw.angle', angle);
    6. }, 50);

我们看到，其实虽然 HT 封装了很多不同的 CSG 节点类型，但是实际应用都差不多，而且内容也没有差特别多，差别都是在 style 参数上，但是真的在实际开发中，这种区分就会很大程度上加快开发速度，毕竟名称一目了然，就知道要运用哪些 style 属性了。




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