前言
工業機械產品大多體積龐大、運輸成本高，在參加行業展會或向海外客戶銷售時，如果沒有實物展示，僅憑靜態、簡單的圖片說明書介紹，無法讓客戶全面了解產品，不僅工作人員制作麻煩，客戶看得也費力。如果能在 Web 上做 3D 設備展示，銷售人員可以不限平台隨時給客戶介紹演示。還可以不受現實條件限制，演示設備拆分和組裝的過程，展示產品內部結構和動態運作時的效果，讓客戶更直觀了解產品的部件組成，更准確、全面地了解產品的功能和特點，大大降低了溝通成本。為了解決這些行業痛點，本篇文章采用 Hightopo 的 HT for Web 產品實現了一個發動機設備 3D 可視化案例。
系統預覽
預覽地址：基於 HTML5 WebGL 的發動機 3D 可視化系統（http://www.hightopo.com/demo/engine/）
場景搭建
發動機模型是設計師通過 3ds Max 建模，然后導出 obj 與 mtl 文件，在 HT 中解析 obj 與 mtl 文件生成 3D 場景中可用的模型（可參考 obj 手冊《通過JSON加載》章節），因為各個部件需要單獨操作，所以設備模型拆分為多個 obj 文件后導入。
2D 面板部分則是通過 HT 的矢量繪制，我們需要創建 ht.graph.GraphView 和 ht.graph3d.Graph3dView 來呈現 2D 和 3D 的內容。相關代碼如下：
var g2d = new ht.graph.GraphView();
var g3d = new ht.graph3d.Graph3dView();
// 將 3D 組件加入到 body 下
g3d.addToDOM();
// 將 2D 組件加入到 3D 組件的根 div 下
g2d.addToDOM(g3d.getView());
功能實現
設備拆解動畫
當我們點擊“展開”按鈕時，給各個動畫設置不同的延遲，使動畫錯開執行，以達到更好的視覺效果，讓2D圖紙和3D場景更好地聯動起來。
如果我們的每個動畫都勻速運行，那看起來難免有些單調。於是我給不同動畫加上了不同的 Easing 函數，Easing 函數通過定義不同曲線的數據公式方式，來描述每一幀回調時需要改變圖形參數屬性的幅度，從而達到均勻、先快后慢、先慢后快，甚至先超出起始值和結束值再慢慢恢復的各種動畫特效。這里還有個例子可以幫助我們更直觀的感受不同 Easing 函數的效果：《From Easing》。
例如圖紙中心的跟隨部件拆解旋轉放大的圓環，我給它設置了 Easing.backBoth 緩動效果，代碼如下：
// 圓環動畫
animCenter(data) {
ht.Default.startAnim({
duration: 4500,
// 設置緩動函數
easing: Easing.backBoth,
// 延遲一秒執行動畫
delay: 1000,
action: function (v, t) {
// 修改圖元縮放值
data.setScale(1 + v * 0.9, 1 + v * 0.9);
// 修改圖元旋轉角度
data.setRotation(Math.PI * v);
},
});
}
// 緩動函數
Easing.easeOutStrong = function (t) {
var BACK_CONST = 1.70158;
if ((t *= 2) < 1) {
return .5 * (t * t * (((BACK_CONST *= (1.525)) + 1) * t - BACK_CONST));
}
return .5 * ((t -= 2) * t * (((BACK_CONST *= (1.525)) + 1) * t + BACK_CONST) + 2);
};
設備部件的拆解動畫，是通過改變節點的坐標和旋轉角度來實現的，代碼如下：
// targetP3 為拆解后的坐標，p3為當前坐標
var p3 = node.p3();
var offset = [targetP3[0] - p3[0], targetP3[1] - p3[1], targetP3[2] - p3[2]];
// targetR3 為拆解后的旋轉角度，r3為當前旋轉角度
var r3 = node.r3();
var offset = [targetR3[0] - r3[0], targetR3[1] - r3[1], targetR3[2] - r3[2]];
// 拆解動畫
ht.Default.startAnim({
duration: 2000,
// 設置緩動函數
easing: Easing.easeOutStrong,
delay: 1000,
action: function (v, t) {
// 修改節點坐標
node.p3(p3[0] + offset[0] * v, p3[1] + offset[1] * v, p3[2] + offset[2] * v);
// 修改節點旋轉角度
node.r3(r3[0] + offset[0] * v, r3[1] + offset[1] * v, r3[2] + offset[2] * v);
},
});
// 緩動函數
Easing.easeOutStrong = function (t) {
return 1 - (--t) * t * t * t;
};
還有圖紙兩側的面板，可以通過設置它的裁剪方向和裁剪比例實現隱藏效果，代碼如下：
// 設置圖元裁剪方向為從右到左
node.s('clip.direction', 'left');
// 裁剪動畫
ht.Default.startAnim({
duration: 1800,
easing: Easing.easeOutStrong,
action: function (v, t) {
// 修改圖元裁剪比例
node.s('clip.percentage', 1 - v);
}
});
// 緩動函數
Easing.easeOutStrong = function (t) {
return 1 - (--t) * t * t * t;
};
設備內部運作動畫
接下來我們實現視角變化動畫來觀察設備不同部件構造，3D 場景中的視角是由 Graph3dView 提供的 center（目標點坐標）和 eye（攝像機坐標）兩個參數決定的，所以視角動畫只要動態改變這兩個參數，這里用了 HT 提供的 moveCamera 方法實現，代碼如下：
g3d.moveCamera([-466, 93, -280], [40, -40, -40], {
duration: 2500,
easing: function (t) {
return 1 - (--t) * t * t * t;
},
});
設備中一些小的部件吸附在大部件上，會跟隨大部件移動旋轉。比如這個液壓桿，當我們要實現小部件的運動動畫時，如果用修改坐標的方式計算起來比較麻煩，所以我們用修改錨點的方式來實現，錨點影響着節點的位置，錨點也是旋轉和縮放的中心點。這里通過修改液壓桿的 Y 軸錨點實現動畫，效果如下：
相關代碼如下：
ht.Default.startAnim({
duration: 800,
action: function (v, t) {
// 修改節點 Y 軸錨點
node.setAnchor3d(0.5,v,0.5);
},
};
點擊流動按鈕后，我們可以看到管道內有液體流動的動畫。要實現流動效果，首先我們需要一張二方連續貼圖（左右或上下可以無縫銜接的貼圖），然后我們再通過代碼驅動 UV 向 U 軸的正值方向偏移一個象限，並無限循環這一動作，效果如下：
代碼如下：
ht.Default.startAnim({
duration: 2000,
action: function (v, t) {
// 修改貼圖uv值
node.s('shape3d.uv.offset', [v, 0]);
},
};
設備復原動畫
鼠標移入效果
為了能透過外殼清楚的觀察到設備內部結構，所以當鼠標懸停在部件上時，我調整了外殼模型透明度並設置模型高亮模式，相關代碼如下：
// 設置高亮顏色
ht.Style['highlight.color'] = 'rgba(255,255,255,0.6)';
// 設置當前高亮的模式
g3d.setHighlightMode('mouseover');
// 節點啟用高亮效果
data.s('highlight.visible', true);
// 節點設置為可交互
data.s('interactive', true);
// 節點開啟交互后，不阻止場景上默認的交互行為
data.s('preventDefaultWhenInteractive', false);
// 監聽交互事件
g3d.mi(function (e) {
// 鼠標移入事件
if (e.kind === 'onEnter') {
// 節點開啟透明
data.s('shape3d.transparent', true);
// 設置節點透明度
data.s('shape3d.opacity', 0.25);
}
// 鼠標移出事件
if (e.kind === 'onLeave') {
data.s('shape3d.transparent', false);
}
});
場景視角限制
最后，我們再對整個場景的視角范圍做下限制，代碼如下：
// 設置最大角度
ht.Default.graph3dViewMaxPhi = Math.PI / 2;
// 設置最小角度
ht.Default.graph3dViewMinPhi = Math.PI / 4;
總結
通過案例我們可以感受到，相較於傳統方式，設備的三維展示具有更靈活的表現形式和更直觀生動的效果，對於出口型企業，生動的演示動畫能讓外商更快了解產品的工作原理和優勢，還能避免因語言誤差而造成誤解。而且比起普通的工業動畫，Web 上的可視化系統展示內容更豐富、自由度更高，后續需求更改也更為靈活、成本更低。
本文使用的設備模型是設計師虛構的核動力發動機，更注重於模型的展示效果，如果應用於實際產品中，還可以制作更還原實際的設備拆解流程，通過線上的 3D 產品操作演練，對工作人員進行產品組裝、拆分、維修培訓。有興趣可以參考我們另一個案例《基於 HTML5 WebGL + WebVR 的 3D 虛擬現實可視化培訓系統》。