基於 HTML5 + WebGL 的 3D 風力發電場

前言

   風能是一種開發中的潔凈能源，它取之不盡、用之不竭。當然，建風力發電場首先應考慮氣象條件和社會自然條件。近年來，我國海上和陸上風電發展迅猛。海水、陸地為我們的風力發電提供了很好地質保障。正是這些場地為我們的風力提供了用之不竭的能源。現在我們正在努力探索這些領域。

本文章實現了風力發電場的整體流程。能讓大家能夠看到一套完整風力發電預覽體系。

需要注意的是，本次項目是使用 Hightopo 的  HT for Web  產品來搭建的。

預覽地址：https://hightopo.com/demo/wind-power-station/

大致流程

 下面是整個項目的流程圖。我們從首頁可以進入到場區分布頁面和集控頁面。

  場區分布頁面又包括兩個不同的 3D 場景，分別是陸地風機場和海上風機場。點擊兩個 3D 風機場最終都會進入到 3D 風機場景。

 

 

預覽效果

首頁:

1. 世界地圖效果

2. 中國地圖效果

2. 城市地圖效果

 集控中心頁面（沒有動畫效果）：

場區分布頁面（沒有動畫效果）：

陸地風機場： 

海上風機場：

 

代碼實現

 我們可以看到，首頁的地球有三種視角狀態，世界地圖、中國地圖、城市地圖。點擊每個狀態相機就會轉到對應的位置。在這之前我們要先預先存一下對應的 center 和 eye 。

 我們最好新建一個 data.js 文件，專門用來提供數據。

 相關偽代碼如下：

// 記錄位置
var cameraLocations = {
    earth: {
        eye: [-73, 448, 2225],
        center: [0, 0, 0]
    },

    china: {
        eye: [-91, 476, 916],
        center: [0, 0, 0]
    },

    tsankiang: {
        eye: [35, 241, 593],
        center: [0, 0, 0]
    }
}

 好了，有了數據之后。我們接下來該監聽事件了。我們可以點擊按鈕，也可以點擊高亮區域（世界地圖只有按鈕可以點擊）進入到中國地圖視角。

 我們可以這樣先獲取這兩個節點，然后對它們的點擊事件進行相同的處理。但是，我覺得這種方式可以進行優化，更換一種思考方式。

 我們可以先將事件進行過濾，我們創建兩個數組，一個保存着類似 click、onEnter 這樣可以執行的事件，一個保存着所有可以觸發事件的節點。這樣可以有利於我們維護，也可以使結構更加清晰。

 下圖，我們可以看到，如果當前節點沒有事件權限或者當前事件本身就沒有權限的話，就會被過濾掉。如果都可以正確返回，則執行對應的事件。

 相關偽代碼如下：

// 權限事件
this.eventMap = {
    clickData: true,
    onEnter: true,
    onLeave: true
}

// 權限節點
this.nodeMap = {
    outline: true,
    outline2: true,
    earth: true,
    bubbles: true,
    circle: true
}

/**
  * 監聽事件
  */
initMonitor() {
    var gv = this.gv
　　 var self = this

    var evntFlow = function (e) {
        var event = e.kind
        var tag = e.data && e.data.getTag()

         // 檢查當前事件或者節點是否能夠被執行
         if (!self.eventMap[event] && !self.nodeMap[tag]) return false

         self.nodeEvent(event, tag)
    }

    gv.mi(eventFlow)
}    

 只要我們當前要執行的節點符合要求，我們就會把 event (當前執行的事件) 和 tag (節點標簽) 傳給執行函數 nodeEvent 執行。這樣就不會浪費資源去處理那些無效的事件或者節點了。

 我們接下來來看看 nodeEvent 怎么處理吧！

 相關偽代碼如下：

/**
 * 氣泡事件
 * @param { string } event 當前事件
 * @param { string } propertyName 當前節點標簽
 */
bubblesEvent(event, propertyName) {
    var dm = this.dm
    var account = dm.getDataByTag('account')
    var currentNode = dm.getDataByTag(propertyName)
    var self = this

    var clickData = function() {
        // 執行清除動作
        self.clearAction()
    }

    var onEnter = function() {
       // do something
    }

    var onLeave = function() {
　　　　// do something
    }

    var allEvent = { clickData, onEnter, onLeave }

    allEvent[event] && allEvent[event]()
}

可以看到，我們可以利用 propertyName(節點標簽) 字符串拼接組成一個方法名。比如當前拿到的節點標簽是 bubbles ， this[`${ properName }Event`] 之后，拿到就是 this['bubblesEvent'] 這個方法。當然，這個方法是我們事先定義好的。

在具體的節點方法里面，我們創建了對應的事件函數。根據傳過來的 event 來判斷是否擁有對應的方法。如果有的話執行，否則返回 false 。這樣做的好處是：解耦、結構簡潔、出現問題能夠快速定位。

但是，如果我們仔細想想，我們點擊世界地圖和中國地圖的時候，功能都差不多！如果我們可以將他們合並的話，就會方便很多了！！我們來改造一下代碼。

 相關偽代碼如下：

/**
  * 執行節點事件
  */
nodeEvent(event, propertyName) {
    // 過濾是否有可以合並的事件
    var filterEvents = function(propertyName) {
        var isCombine = false
　　　　　var self = this

        if (['earth', 'china'].includes(propertyName)) {
            self.changeCameraLocaltions(event, propertyName)
            isCombine = true
        }

        return !isCombine
    }
   var eventFun = this[`${propertyName}Event`]
   // 執行對應的節點事件
   filterEvents(propertyName)
   &&
   eventFun
　　&&
   eventFun(event, propertyName)
}

 我們事先判斷當前事件是否能合並，如果能的話返回 false ，不再執行下面的代碼，然后執行自己的函數。

 這時候，我們就可以通過對應的節點標簽，從 data.js 的 cameraLocations 變量中取到對應的 center、eye 。

  相關偽代碼如下：

/**
 * 移動鏡頭動畫
 * @param { object } config 坐標對象
 */
moveCameraAnim(gv, config) {
　　var eye = config.eye
　　var center = config.center
　　// 如果動畫已經存在，進行清空
   if(globalAnim.moveCameraAnim) {
      globalAnim.moveCameraAnim.stop()
　　　 globalAnim.moveCameraAnim = null
   }

   var animConfig = {
   　　duration: 2e3
   }

   globalAnim.moveCameraAnim = gv.moveCamera(eye, center, animConfig)
}

// 需要改變相機位置
changeCameraLocaltions(event, properName) {
    var config = cameraLocations[properName]

    // 移動相機
    this.moveCameraAnim(this.gv, config)
}

 移動鏡頭動畫使用到了 gv 的 moveCamera 方法，該方法接受 3 個參數，eye (相機)，center (目標)，animConfig (動畫配置) 。然后我們把當前動畫返回給 globalAnim 的 moveCameraAnim 屬性，方便我們進行清理。

 接下來，就是切換頁面了，這點需要非常小心謹慎。因為一旦沒有把某個屬性清除的話，將會導致內存泄漏等問題，性能會越來越慢。將會導致頁面卡死的情況！

 所以我們需要一個專門用來清除數據模型的函數 clearAction 。我們應該把所有的動畫對象放到一個對象或者數組中。這樣方便切換頁面的時候清理掉。

 相關偽代碼如下：

/**
 * 清除動作
 */
clearAction(index) {
    var { dm, gv } = this
    var { g3d, d3d } = window

    allListener.mi3d && g3d.umi(allListener.mi3d)
    allListener.mi2d && gv.umi(allListener.mi2d)
    dm.removeScheduleTask(this.schedule)

    dm && dm.clear()
    d3d && d3d.clear()

    window.d3d = null
    window.dm = null

    for (var i in globalAnim) {
        globalAnim[i] && globalAnim[i].pause()
        globalAnim[i] = null
    }

    // 清除對應的 3D 圖紙
    ht.Default.removeHTML(g3d)

    gv.addToDOM()
    ht.Default.xhrLoad(`displays/HT-project_2019/風電/${index}.json`, function (text) {
        let json = ht.Default.parse(text)
        gv.deserialize(json, function(json, dm2, gv2, datas) {
            if (json.title) document.title = json.title

            if (json.a['json.background']) {
                let bgJSON = json.a['json.background']
                if (bgJSON.indexOf('scenes') === 0) {
                    var bgG3d

                    if (g3d) {
                        bgG3d = g3d
                    } else {
                        bgG3d = new ht.graph3d.Graph3dView()
                    }

                    var bgG3dStyle = bgG3d.getView()
                    bgG3dStyle.className = index === 1 ? '' : index === 3 ? 'land' : 'offshore'

                    bgG3d.deserialize(bgJSON, function(json, dm3, gv3, datas) {
                        init3d(dm3, gv3)
                    })

                    bgG3d.addToDOM()
                    gv.addToDOM(bgG3dStyle)
                }
                gv.handleScroll = function () {}
            }

            init2d(dm2, gv2)
        })
    })
}

首先我們需要把 dm(數據模型) 和 gv(圖紙) 清除掉。還要注意：mi(監聽函數)、schedule(調度任務) 應該在 dm.clear() 之前 remove。所有的動畫進行 stop() 操作，然后將其值設為 null 。這里需要注意的是， 執行 stop 之后，會調用一次 finishFunc 回調函數。

當我們的 2D 圖紙里面包含 3D 背景的情況下，需要判斷是否已經存在了 3D 的實例，如果存在不需要再次創建。有興趣可以了解一下 webGL 的應用內存泄漏問題。

當進入兩個 3D 場景場景的時候，我們需要一個開場動畫，如開頭效果 gif 圖一樣。所以我們，需要把兩個開場動畫的 center 和 eye 都存到我們已經定義好的 cameraLocations 中。

// 記錄位置
var cameraLocations = {
    earth: {
        eye: [-73, 448, 2225],
        center: [0, 0, 0]
    },

    china: {
        eye: [-91, 476, 916],
        center: [0, 0, 0]
    },

    tsankiang: {
        eye: [35, 241, 593],
        center: [0, 0, 0]
    },

    offshoreStart: {
        eye: [-849, 15390, -482],
        center: [0, 0, 0]

    },

    landStart: {
        eye: [61, 27169, 55],
        center: [0, 0, 0]
    },

    offshoreEnd: {
        eye: [-3912, 241, 834],
        center: [0, 0, 0]
    },

    landEnd: {
        eye: [4096, 4122, -5798],
        center: [1261, 2680, -2181]
    }
}

 offshoreStart、offshoreEnd、landStart、landEnd 表示海上和陸上發電場的開始位置和結束位置。

 我們需要判斷當前加載的是海上發電場還是陸上發電場。我們可以在加載對應圖紙的時候添加 className 。

 我們在 clearAction 這個函數已經定義了 index 這個參數，如果點擊的是陸地發電場傳的就是數字3，如果是海上發電場的話，就是數字4。

 比如我需要加載陸地發電場，那么就可以通過判斷 g3d.className = index === 3 ? 'land' : 'offshore' 來添加 className 。

 然后在 init 里面進行初始化的判斷。

 相關偽代碼如下：

init() {
    var className = g3d.getView().className
    
    // 執行單獨的事件
    this.selfAnimStart(className)

    this.initData()

    // 監聽事件
    this.monitor()
}

 我們拿到對應的 className ，傳入相對應的類型並且執行對應的初始化事件，通過我們已經定義好的 moveCameraAnim 函數進行相機的動畫。

 相關偽代碼如下：

/**
  * 不同風電場的開場動畫
  */
selfAnimStart(type) {
    var gv = this.gv
    var { eye, center } = cameraLocations[`${type}End`]
    var config = {
        duration: 3000,
        eye,
        center,
     }

     this.moveCameraAnim(gv, config)
}

總結

 這個項目讓我們更加了解了風力發電。不管是風力發電場的地區優勢，還是風機的結構、運轉原理。

 做完這個項目，自己得到了很多的成長和感悟。對於技術快速成長的一個好方法就是去不斷的摳細節。項目是一件藝術品，需要不斷對其進行打磨，要做到自己滿意為止。每個細微的點都會影響后面的性能。所以，我們應該以匠人的精神去做任何事。

 當然，我也希望一些伙伴能夠勇於探索工業互聯網領域。我們能夠實現的遠遠不止於此。這需要發揮我們的想象力，為這個領域增添更多好玩的、實用的 demo。而且還能學到很多工業領域的知識。