玩轉 HTML5 下 WebGL 的 3D 模型交並補

建設性的立體幾何具有許多實際用途，它用於需要簡單幾何對象的情況下，或者數學精度很重要的地方，幾乎所有的工程 CAD 軟件包都使用 CSG（可以用於表示刀具切削，以及零件必須配合在一起的特征）。CSG 是 Constructive Solid Geometry 建模技術的簡稱，通過裁剪 subtract、融合 union 和相交 intersect 的運算，組合出復雜模型效果，HT 封裝了 ht.CSGNode 和 ht.CSGShape 等圖元類型來支持 CSG 的組合功能，常用於牆面的門窗挖空鑿洞的應用場景。

CSG 對象可以用二叉樹表示，其中葉子表示基元，節點表示操作。在這個圖中，節點被標記 ∩ 為交集，∪ 為並集，- 為差集。CSG 提供的模型或表面看起來很復雜，但實際上不過是巧妙組合或分解對象。

ht.CSGNode 繼承於 ht.Node，當 style 的 shape3d 屬性為空時顯示為六面體效果，CSGNode 如果通過 setHost 吸附到 宿主 CSGNode 或 CSGShape 后，宿主 CSGNode 或 CSGShape 可與吸附的 CSGNode 圖元進行 CSG 的組合建模。詳情請參考 HT for Web 建模手冊 CSGNode 章節。這里我用 CSG 的概念寫了一個例子，讓大家能更好地理解這個概念。

本例 Demo 地址： http://hightopo.com/guide/guide/plugin/modeling/examples/example_bookshelf.html

先來看下效果圖：

從上面效果圖可以看到，我們將界面分為三個部分，這三個部分先是右邊部分上下分割，然后將整個界面左右分割，HT 用封裝好的 ht.widget.SplitView 進行界面的分割，然后將分割組件添加進底層 div 中：

dm = new ht.DataModel();// 數據模型            
treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //樹組件                                                                                                 
gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 組件  
gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割組件 
mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);   
                
view = mainSplit.getView();  
view.className = 'main';
document.body.appendChild(view);    
window.addEventListener('resize', function (e) {
    mainSplit.invalidate();
}, false);     

上面代碼是一種非常常見的在 HTML 中添加 HT 組件的方法，詳情可參考 HT for Web 入門手冊組件章節。這種方法進行添加 HT 組件有一個需要注意的點，因為 HT 一般都以設置 position 為 absolute 的絕對定位方式，必須設置 left、right、top、bottom 等等基礎 css 樣式，像這樣：

.main {
     margin: 0px;
     padding: 0px;
     position: absolute;
     top: 0px;
     bottom: 0px;
     left: 0px;
     right: 0px;
}

所以為了最外層組件加載填充滿窗口的方便性，HT 的所有組件都有 addToDOM 函數，其思想邏輯如下，其中 iv 是 invalidate 的縮寫：

addToDOM = function(){   
    var self = this,
    view = self.getView(),   
    style = view.style;
    document.body.appendChild(view);            
    style.left = '0';
    style.right = '0';
    style.top = '0';
    style.bottom = '0';      
    window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false);            
}

以后我們在代碼中就可以直接調用 addToDOM 函數，而不用寫一大堆代碼了，上面代碼用 addToDOM 取代之后的代碼如下，而且不用描繪 css 樣式： 

dm = new ht.DataModel();// 數據模型             
treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //樹組件                                                             
gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 組件  
gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割組件 
mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);   
mainSplit.addToDOM();

界面分配好之后我們就要對其添加內容了，界面的左邊部分是 HT 封裝的樹組件，我在之前的文章寫到過，樹組件是一個非常方便的繪制樹形關系的組件，開發人員能夠輕松地從數據模型 DataModel 中獲取數據和節點之間的關系放到樹上，只需要在樹組件聲明的過程中，將對應的數據模型 DataModel 放進樹組件的參數即可，當然我們還擴展了很多跟樹組件有關的函數，非常方便實用，這里我們只用了 expandAll 函數，將所有對象展開：

treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //樹組件   
treeView.expandAll();

右邊部分上下分為兩部分，都是 3D 場景，就是設置顯示有點不同，其他完全相同，上面的 3D 場景重載了 getVisibleFunc 函數，如果元素的 showMe 屬性為 true，則可視；如果節點為 ht.CSGNode 類型並且節點的 getHost 函數的參數為空，則不可視；其他情況均可視：

gv1.setVisibleFunc(function(data){
    if(data.showMe){
        return true;
    }
    if(data instanceof ht.CSGNode && data.getHost()){
        return false;
    }
    return true;
});

我們先向 3D 場景中添加元素對象，我們先解釋中間的書架，對兩邊的書架有缺的再進行補充。首先我們添加了一個 ht.CSGNode 節點 shelf，作為書架的主節點，其他的節點都是依附於這個節點的，對這個節點設置了位置、大小、名稱以及六個面的顏色，然后添加進數據模型 DataModel： 

var shelf = new ht.CSGNode();
shelf.s3(500, 400, 120);
shelf.p3(0, 200, 0);
shelf.setName('shelf1');
shelf.s({
    'all.color': '#E5BB77'
});
dm.add(shelf);

接着向這個 shelf 中添加 10 個節點，做書架的格子效果，並設置依附關系和父子關系添加進數據模型中：

for(var i=0; i<2; i++){
    for(var j=0; j<5; j++){
        var clipNode = new ht.CSGNode();
        clipNode.setHost(shelf);
        clipNode.s3(80, 100, 120);
        clipNode.p3(-200+j*100, 340-i*120, 20);
        clipNode.setName('substract-'+i+'-'+j);
        clipNode.s('batch', 'tt');
        clipNode.setParent(shelf);
        dm.add(clipNode);
    }
}

為了讓書架變得更美觀一點，我們在書架的上下左右都加上了 ht.CSGNode，最后為了更加具象化，我們還添加了一本書，實現方式也差不多，都非常簡單：

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

接着左邊的書架也是類似的構建方法，有一點不同的是，這邊有一個 ht.CSGBox 類型，繼承於 ht.CSGNode，其除具備父類 CSGNode 的挖空等功能外，還可對六個面進行旋轉展開關閉的操作，這里我們的節點只設置了前面的能夠旋轉展開，並且設置了一系列的樣式：

clipNode = new ht.CSGBox();
clipNode.setName('CSGBox-Expand-Left');
clipNode.s3(100, 100, 120);
clipNode.p3(0, 65, 0.1);
clipNode.setHost(shelf);
clipNode.showMe = true;
clipNode.s({
    'all.visible': false,//6面均不可見
    'front.visible': true,//前面可見
    'front.toggleable': true,//允許前面雙擊展開                    
    'front.reverse.flip': true,//前面的反面顯示正面的內容
    'front.transparent': true,//前面透明
    'front.end': Math.PI * 0.7,//前面展開狀態的結束旋轉弧度
    'front.color': 'rgba(0, 50, 50, 0.7)'//前面顏色
});

可能你們還想知道下面的地球是怎么做到的？還記得之前的文章寫到過 HT 中設置了 shape3d 屬性，設置這個屬性實際上就是在操作 setShape3dModel(name, model) 和 getShape3dModel(name)，可以通過這個屬性設置為 box|sphere|cylinder|cone|torus|star|rect|roundRect|triangle|rightTriangle|parallelogram|trapezoid 等等模型，這些模型也都是 HT 封裝好的，要使用時直接設置 shape3d 為其中的一個值即可，如這個例子中用到 “shape3d: sphere” 就是設置為球體。我們簡單地用一張地圖圖片包裹在這個球體的外側，當然，這張地圖圖片是先通過 ht.Default.setImage 注冊過的，然后通過 shape3d.image 將圖片附到這個節點上：

earth = new ht.Node();
earth.setName('earth');
earth.s3(70, 70, 70);
earth.p3(0, 50, 0);
earth.s({
    'shape3d': 'sphere',
    'shape3d.image': 'earth'
});
earth.setHost(shelf);  
earth.setParent(shelf);
dm.add(earth);

右邊的書架，同樣也是有一個主節點，其他節點依附於它，但是我們看到這邊換了一個新的節點類型 ht.DoorWindow，ht.DoorWindow繼承於 ht.CSGNode，其除具備父類 CSGNode 的挖空等功能外，還可進行整體的旋轉展開關閉的操作， 常用於作為門或窗的業務對象，吸附於 CSGNode 或 CSGShape 的 host 作為牆面的圖元。這個節點類型就是 ht.CSGNode 的延展，相對來說就是區分了實際應用而添加了不同的 style 參數，更多的屬性請到 HT for Web 建模手冊 DoorWindow 章節 查看然后添加到節點中玩玩：

photos = new ht.DoorWindow();
photos.setName('DoorWindow-Photos');
photos.setIcon('ben12');
photos.s3(110, 100, 130);
photos.p3(5, 180, 0);                
photos.setHost(shelf);  
photos.showMe = true;
photos.s({                    
    'bottom.uv': [1,1, 1,0, 0,0, 0,1],
    'bottom.uv.scale': [1, 1],
    'left.uv.scale': [3, 3],
    'top.uv.scale': [2, 2],
    'dw.s3': [0.8, 0.9, 0.05],
    'dw.t3': [0, -5, 0],
    'dw.axis': 'v',
    'dw.toggleable': false,
    'front.image': 'ben1',
    'back.image': 'ben2',
    'all.color': '#F8CE8B'
});
photos.setParent(shelf);
dm.add(photos);

最后，我們將左側的地球 earth 和右側的照片 photo 旋轉起來：

var angle = 0;
setInterval(function(){
    angle += Math.PI/40;
    earth.r3(0, angle, 0);
    photos.s('dw.angle', angle);
}, 50);

我們看到，其實雖然 HT 封裝了很多不同的 CSG 節點類型，但是實際應用都差不多，而且內容也沒有差特別多，差別都是在 style 參數上，但是真的在實際開發中，這種區分就會很大程度上加快開發速度，畢竟名稱一目了然，就知道要運用哪些 style 屬性了。