技术教程 利用HTML5绘制点线面组成的3D图形的示例 正文

利用HTML5绘制点线面组成的3D图形的示例

2019-10-23,

玩Canvas玩了有两三个礼拜了，平面的东西玩来玩去也就那样，所以就开始折腾3D了。

　　因为Canvas画布终究还是平面的，所以要有3D就得抽象出一个Z轴。然后再把3D坐标转换成2D坐标，画到画布上，再通过旋转等变换效果来产生3D感。做3D一般就是由点到线，然后由线到面。

　　【点】

　　点的话，之前我有写过关于3D的博文 解析3D标签云，其实很简单 ，这篇博文虽然讲的是用div实现的3D标签云，但是追根到底产生的3D原理是一样的，就是最简单的由点构成的3D了。每一个标签就是一个点。也可以直接看这个DEMO：

3DBall
里面的总共有五百个点对象，每个点对象相应的根据他们的Z轴来改变他们的大小和透明度，再平均分布在球面上，就构成了点球体了。

　　【线】

　　如果知道怎么做点之后，线也就容易了，只要把点连起来就行了。这个没做DEMO，不过也确实不难。就循环moveTo，然后lineTo，线就出来了。

　　【面】

　　这篇博文主要讲面滴。
二话不说，先上个DEMO吧 ：

3D立方体

做一个立方体，我用了三个对象：点对象，面对象，以及立方体本身一个对象：

　　下面这个是点对象，x,y,z是点的三维坐标，_get2d方法是把三维坐标转换到二维层面来。fallLength是焦距。

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  1. var Vector = function(x,y,z){   
  2.             this.x = x;   
  3.             this.y = y;   
  4.             this.z = z;   
  5.             this._get2d = function(){   
  6.                 var scale = fallLength/(fallLength+this.z);   
  7.                 var x = centerX + this.x*scale;   
  8.                 var y = centerY + this.y*scale;   
  9.                 return {x:x , y:y};   
  10.             }   
  11.         }  

　　然后是面对象：

　　面对象的属性页很容易理解，一个面就是一个正方形 ， v1v2v3v4是面的四个顶点，zIndex这个属性很重要，是代表这个面的层级，是在最外面还是在里面，这个必须要有，这样当用canvas画的时候才能让这个面画在最前面，才不会被其他的面遮盖。zIndex的值也很容易理解，就是顶点z轴坐标的平均值，其实也就是中心点的z轴坐标。颜色就是这个面的颜色啦。

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  1. var Face = function(vector1,vector2,vector3,vector4,color){   
  2.             this.v1 = vector1;   
  3.             this.v2 = vector2;   
  4.             this.v3 = vector3;   
  5.             this.v4 = vector4;   
  6.             this.color = color;   
  7.             this.zIndex = (this.v1.z + this.v2.z + this.v3.z + this.v4.z)/4;   
  8.             this.draw = function(){   
  9.                 ctx.save();   
  10.                 ctx.beginPath();   
  11.                 ctx.moveTo(this.v1._get2d().x , this.v1._get2d().y);   
  12.                 ctx.lineTo(this.v2._get2d().x , this.v2._get2d().y);   
  13.                 ctx.lineTo(this.v3._get2d().x , this.v3._get2d().y);   
  14.                 ctx.lineTo(this.v4._get2d().x , this.v4._get2d().y);   
  15.                 ctx.closePath();   
  16.                 // ctx.fillStyle = "rgba("+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+",0.2)";   
  17.                 ctx.fillStyle = this.color;   
  18.                 ctx.fill();   
  19.             }   
  20.         }  

　　最后是立方体本身对象：

　　因为立方体最后要旋转，所以，立方体对象里面不仅有面对象，还要有点对象，点旋转后才会引起面的旋转。length是立方体的边长，_initVector是初始化立方体的各个顶点，_draw方法就是把所有点形成面，将面放入数组，然后对面进行排序（就是根据面里的zIndex排序），排序好后，调用每个面里的draw方法。立方体就出来了。

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  1. var Cube = function(length){   
  2.             this.length = length;   
  3.             this.faces = [];   
  4.             this.vectors = [];   
  5.         }   
  6.         Cube.prototype = {   
  7.             _initVector:function(){   
  8.                 this.vectors[0] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2);   
  9.                 this.vectors[1] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , this.length/2);    
  10.                 this.vectors[2] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2);    
  11.                 this.vectors[3] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , this.length/2);    
  12.                 this.vectors[4] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2);   
  13.                 this.vectors[5] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2);   
  14.                 this.vectors[6] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2);   
  15.                 this.vectors[7] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2);   
  16.             },   
  17.             _draw:function(){   
  18.                 this.faces[0] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[2] , "#6c6");   
  19.                 this.faces[1] = new Face(this.vectors[2] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[4] , "#6cc");   
  20.                 this.faces[2] = new Face(this.vectors[4] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , this.vectors[6] , "#cc6");   
  21.                 this.faces[3] = new Face(this.vectors[6] , this.vectors[7] , this.vectors[1] , this.vectors[0] , "#c6c");   
  22.                 this.faces[4] = new Face(this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , "#666");   
  23.                 this.faces[5] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[2] , this.vectors[4] , this.vectors[6] , "#ccc");   
  24.   
  25.                 this.faces.sort(function(a , b){   
  26.                     return b.zIndex - a.zIndex;   
  27.                 });   
  28.                 this.faces.foreach(function(){   
  29.                     this.draw();   
  30.                 })   
  31.             }   
  32.         }  

　　立方体做好了，接下来就可以让它动起来了。根据鼠标位置改变立方体转动的角度。rotateX和rotateY方法就是让所有点绕X轴旋转以及绕Y轴旋转。这个的原理我在之前那个博文上好像有说过。。。。如果想了解更多，可以自己去百度一下计算机图形学3D变换。绕X轴和绕Y轴是最简单的旋转矩阵了。当然，如果有兴趣的还可以去搜一下绕任意轴旋转矩阵。。。这个有点复杂，我本来想用它来做个魔方，不过遇到一些问题，暂时还没解决。好吧，扯远了。通过rotateX和rotateY两个方法可以让每个点获得下一帧的位置，在动画循环中重绘。这样，转动的立方体就做出来了。

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  1. if("addEventListener" in window){   
  2.             window.addEventListener("mousemove" , function(event){   
  3.                 var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX;   
  4.                 var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY;   
  5.                 angleY = x*0.0001;   
  6.                 angleX = y*0.0001;   
  7.             });   
  8.         }   
  9.         else {   
  10.             window.attachEvent("onmousemove" , function(event){   
  11.                 var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX;   
  12.                 var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY;   
  13.                 angleY = x*0.0001;   
  14.                 angleX = y*0.0001;   
  15.             });   
  16.         }   
  17.            
  18.   
  19.         function rotateX(vectors){   
  20.             var cos = Math.cos(angleX);   
  21.             var sin = Math.sin(angleX);   
  22.             vectors.foreach(function(){   
  23.                 var y1 = this.y * cos - this.z * sin;   
  24.                 var z1 = this.z * cos + this.y * sin;   
  25.                 this.y = y1;   
  26.                 this.z = z1;   
  27.             });   
  28.         }   
  29.   
  30.         function rotateY(vectors){   
  31.             var cos = Math.cos(angleY);   
  32.             var sin = Math.sin(angleY);   
  33.             vectors.foreach(function(){   
  34.                 var x1 = this.x * cos - this.z * sin;   
  35.                 var z1 = this.z * cos + this.x * sin;   
  36.                 this.x = x1;   
  37.                 this.z = z1;   
  38.             })   
  39.         }   
  40.   
  41.            
  42.   
  43.         cube = new Cube(80);   
  44.         cube._initVector();   
  45.         function initAnimate(){   
  46.             cube._draw();   
  47.   
  48.             animate();   
  49.         }   
  50.   
  51.         function animate(){   
  52.             ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height)   
  53.                
  54.             rotateY(cube.vectors);   
  55.             rotateX(cube.vectors);   
  56.             cube._draw();   
  57.             if("requestAnimationFrame" in window){   
  58.                 requestAnimationFrame(animate);   
  59.             }   
  60.             else if("webkitRequestAnimationFrame" in window){   
  61.                 webkitRequestAnimationFrame(animate);   
  62.             }   
  63.             else if("msRequestAnimationFrame" in window){   
  64.                 msRequestAnimationFrame(animate);   
  65.             }   
  66.             else if("mozRequestAnimationFrame" in window){   
  67.                 mozRequestAnimationFrame(animate);   
  68.             }   
  69.             else {   
  70.                 setTimeout(animate , 16);   
  71.             }   
  72.         }   

全部代码我就不贴了，DEMO里通过控制台都可以看到。我也没引用其他什么框架之类的，直接copy下来就能用了。

　　能写好转动的一个立方体后，多个立方体转动也可以做出来了。

戳DEMO：面：3D立方体2    3D立方体线（这个纯碎觉得没有面更酷而已）

《利用HTML5绘制点线面组成的3D图形的示例.doc》

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