用Canvas玩3D：點-線-面

　　聲明：本文為原創文章，如需轉載，請注明來源WAxes，謝謝！

　　玩Canvas玩了有兩三個禮拜了，平面的東西玩來玩去也就那樣，所以就開始折騰3D了。

　　因為Canvas畫布終究還是平面的，所以要有3D就得抽象出一個Z軸。然后再把3D坐標轉換成2D坐標，畫到畫布上，再通過旋轉等變換效果來產生3D感。做3D一般就是由點到線，然后由線到面。

　　【點】

　　點的話，之前我有寫過關於3D的博文 解析3D標簽雲，其實很簡單 ，這篇博文雖然講的是用div實現的3D標簽雲，但是追根到底產生的3D原理是一樣的，就是最簡單的由點構成的3D了。每一個標簽就是一個點。也可以直接看這個DEMO：

　　 3DBall  。

　　里面的總共有五百個點對象，每個點對象相應的根據他們的Z軸來改變他們的大小和透明度，再平均分布在球面上，就構成了點球體了。

　　【線】

　　如果知道怎么做點之后，線也就容易了，只要把點連起來就行了。這個沒做DEMO，不過也確實不難。就循環moveTo，然后lineTo，線就出來了。

　　【面】

　　這篇博文主要講面滴。

　　二話不說，先上個DEMO吧 ： 3D立方體 。

　　做一個立方體，我用了三個對象：點對象，面對象，以及立方體本身一個對象：

　　下面這個是點對象，x,y,z是點的三維坐標，_get2d方法是把三維坐標轉換到二維層面來。fallLength是焦距。

var Vector = function(x,y,z){
            this.x = x;
            this.y = y;
            this.z = z;
            this._get2d = function(){
                var scale = fallLength/(fallLength+this.z);
                var x = centerX + this.x*scale;
                var y = centerY + this.y*scale;
                return {x:x , y:y};
            }
        }

　　

　　然后是面對象：

　　面對象的屬性頁很容易理解，一個面就是一個正方形 ， v1v2v3v4是面的四個頂點，zIndex這個屬性很重要，是代表這個面的層級，是在最外面還是在里面，這個必須要有，這樣當用canvas畫的時候才能讓這個面畫在最前面，才不會被其他的面遮蓋。zIndex的值也很容易理解，就是頂點z軸坐標的平均值，其實也就是中心點的z軸坐標。顏色就是這個面的顏色啦。

var Face = function(vector1,vector2,vector3,vector4,color){
            this.v1 = vector1;
            this.v2 = vector2;
            this.v3 = vector3;
            this.v4 = vector4;
            this.color = color;
            this.zIndex = (this.v1.z + this.v2.z + this.v3.z + this.v4.z)/4;
            this.draw = function(){
                ctx.save();
                ctx.beginPath();
                ctx.moveTo(this.v1._get2d().x , this.v1._get2d().y);
                ctx.lineTo(this.v2._get2d().x , this.v2._get2d().y);
                ctx.lineTo(this.v3._get2d().x , this.v3._get2d().y);
                ctx.lineTo(this.v4._get2d().x , this.v4._get2d().y);
                ctx.closePath();
                // ctx.fillStyle = "rgba("+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+",0.2)";
                ctx.fillStyle = this.color;
                ctx.fill();
            }
        }

 　　

　　最后是立方體本身對象：

　　因為立方體最后要旋轉，所以，立方體對象里面不僅有面對象，還要有點對象，點旋轉后才會引起面的旋轉。length是立方體的邊長，_initVector是初始化立方體的各個頂點，_draw方法就是把所有點形成面，將面放入數組，然后對面進行排序（就是根據面里的zIndex排序），排序好后，調用每個面里的draw方法。立方體就出來了。

var Cube = function(length){
            this.length = length;
            this.faces = [];
            this.vectors = [];
        }
        Cube.prototype = {
            _initVector:function(){
                this.vectors[0] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2);
                this.vectors[1] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , this.length/2); 
                this.vectors[2] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2); 
                this.vectors[3] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , this.length/2); 
                this.vectors[4] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2);
                this.vectors[5] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2);
                this.vectors[6] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2);
                this.vectors[7] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2);
            },
            _draw:function(){
                this.faces[0] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[2] , "#6c6");
                this.faces[1] = new Face(this.vectors[2] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[4] , "#6cc");
                this.faces[2] = new Face(this.vectors[4] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , this.vectors[6] , "#cc6");
                this.faces[3] = new Face(this.vectors[6] , this.vectors[7] , this.vectors[1] , this.vectors[0] , "#c6c");
                this.faces[4] = new Face(this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , "#666");
                this.faces[5] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[2] , this.vectors[4] , this.vectors[6] , "#ccc");

                this.faces.sort(function(a , b){
                    return b.zIndex - a.zIndex;
                });
                this.faces.foreach(function(){
                    this.draw();
                })
            }
        }

　　

　　立方體做好了，接下來就可以讓它動起來了。根據鼠標位置改變立方體轉動的角度。rotateX和rotateY方法就是讓所有點繞X軸旋轉以及繞Y軸旋轉。這個的原理我在之前那個博文上好像有說過。。。。如果想了解更多，可以自己去百度一下計算機圖形學3D變換。繞X軸和繞Y軸是最簡單的旋轉矩陣了。當然，如果有興趣的還可以去搜一下繞任意軸旋轉矩陣。。。這個有點復雜，我本來想用它來做個魔方，不過遇到一些問題，暫時還沒解決。好吧，扯遠了。通過rotateX和rotateY兩個方法可以讓每個點獲得下一幀的位置，在動畫循環中重繪。這樣，轉動的立方體就做出來了。

if("addEventListener" in window){
            window.addEventListener("mousemove" , function(event){
                var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX;
                var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY;
                angleY = x*0.0001;
                angleX = y*0.0001;
            });
        }
        else {
            window.attachEvent("onmousemove" , function(event){
                var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX;
                var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY;
                angleY = x*0.0001;
                angleX = y*0.0001;
            });
        }
        

        function rotateX(vectors){
            var cos = Math.cos(angleX);
            var sin = Math.sin(angleX);
            vectors.foreach(function(){
                var y1 = this.y * cos - this.z * sin;
                var z1 = this.z * cos + this.y * sin;
                this.y = y1;
                this.z = z1;
            });
        }

        function rotateY(vectors){
            var cos = Math.cos(angleY);
            var sin = Math.sin(angleY);
            vectors.foreach(function(){
                var x1 = this.x * cos - this.z * sin;
                var z1 = this.z * cos + this.x * sin;
                this.x = x1;
                this.z = z1;
            })
        }

        

        cube = new Cube(80);
        cube._initVector();
        function initAnimate(){
            cube._draw();

            animate();
        }

        function animate(){
            ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height)
            
            rotateY(cube.vectors);
            rotateX(cube.vectors);
            cube._draw();
            if("requestAnimationFrame" in window){
                requestAnimationFrame(animate);
            }
            else if("webkitRequestAnimationFrame" in window){
                webkitRequestAnimationFrame(animate);
            }
            else if("msRequestAnimationFrame" in window){
                msRequestAnimationFrame(animate);
            }
            else if("mozRequestAnimationFrame" in window){
                mozRequestAnimationFrame(animate);
            }
            else {
                setTimeout(animate , 16);
            }
        }

 

全部代碼我就不貼了，DEMO里通過控制台都可以看到。我也沒引用其他什么框架之類的，直接copy下來就能用了。

　　能寫好轉動的一個立方體后，多個立方體轉動也可以做出來了。

    戳DEMO：3D多立方體 

　　源碼地址：https://github.com/whxaxes/canvas-test/blob/gh-pages/src/3D-demo/3Dcubes.html

　　就是繁瑣了一點，具體方法這里就不說了，本來想做成魔方的，就是里面的rotateP方法就是繞任意軸旋轉（矩陣請自行搜“繞任意軸旋轉矩陣”），不過還是出了點bug，轉是能轉了，但是轉動后的坐標有誤，所以沒做成，現在還在研究着。。。。