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TWaver3D直线、曲线、曲面的绘制

 
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MONO哥需要在 武汉 招JavaScript工程师若干

要求:对前端技术(JavasScript、HTML、CSS),对可视化技术(Canvas、WebGL)有浓厚的兴趣

基础不好的可培养,基础好的可共谋大事

感兴趣的给我发邮件: hr@servasoft.com

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今天来说关于绘图的那些事儿。

先说说绘图引擎的种类。目前市面上绘图引擎大致可以分为两类。一类基于HTML技术,比如TWaver2D/3D引擎。HTML5是业界公认的Web标准和最热门和主流的技术,可以在浏览器中直接创建2D、3D场景,无需安装任何插件,几乎已经应用到所有行业的Web应用中。目前所有的主流浏览器都很好的支持HTML5技术,包括手机、平板等移动端浏览器的支持。

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还有一种是Unity公司的Unity3D引擎。Unity3D需要在浏览器中安装专门的播放器插件才能运行,有点类似正在垂死挣扎的Flash技术。另外,Unity3D主要支持桌面浏览器,并不支持移动端的浏览器插件。由于安装插件不便利,并且有一定的安全隐患,所以Unity3D在企业应用中并不常见,反倒在游戏行业中能够很好地一展身手。

TWaver3D直线、曲线、曲面的绘制

下面就分享一下如何用 TWaver3D引擎绘图吧。

1. WebGL原生线

WebGL支持绘制点、线、三角;绘制线的方法比较简单,给定顶点,设置绘制方式即可;

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假设给定顶点信息为:

var vertices = new Float32Array([ 0.0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.25, -0.5 ]);

调用gl.drawArrays(gl.LINE_STRIP, 0, 3);后效果如下:

Chrome:

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Safari:

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另外还有个兼容性问题,在Windows上,绘制线的时候无法指定线宽。OpenGL本身有glLineWidth这个方法,而且在WebGL中也有这个方法。但是在Windows虽然调用不会失败,但是也不会生效,无论是在Chrome还是在FireFox上测试都无效。但是Linux上有效,应该是操作系统的限制问题。这个问题之前就有人提出过,如果有兴趣可以看看 https://bugs.chromium.org/p/c... 。也许在以后的WebGL版本中会修复这个问题吧。测试网站 http://alteredqualia.com/tmp/...

设置lineWidth为10后,Chrome效果不变,Safari线条加粗了.

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测试网站测试:

Chrome不正常

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Safari正常

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FireFox正常:

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是Chrome长期存在的一个Bug: https://bugs.chromium.org/p/c...

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可以参考WebGL大咖彪叔的文章: WebGL 绘制Line的bug

2. mono.Line类

构造函数:

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实线:

var line = new mono.Line({ vertices:[ new mono.Vec3( -100, 0, 0 ), new mono.Vec3( 100, 100, 0 ), ], type:'mono.LinePieces', styles:{ 'm.color':'red', }, }); box.add(line);

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虚线

原来的参数是通过segments来计算出更多的顶点信息;其实可以通过配置line的style属性,如line.pattern = [10,2]来计算出顶点信息;

封装了mono.Line.createDottedLine方法,用于根据pattern创建虚线;

var line = new mono.Line({ type:TGL.LinePieces, styles:{ 'm.color':'green', 'm.type': 'phong', 'm.ambient': 'red', } }); line = mono.Line.createDottedLine(line,[ new mono.Vec3( -200, 100, -100 ), new mono.Vec3( 160, 100, 0 ), new mono.Vec3( 300, -100, 100 ), new mono.Vec3( -300, -100, 200 ), new mono.Vec3( -200, 100, 0 ), new mono.Vec3( -200, 100, -100 ), ],[6,12]);

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改变pattern后的效果:实线长一点,虚线短些;

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创建矩形:

mono.Line.createRectangle = function(width, height, segments) { // width:宽度, height:高度, segments:分片数 var line = mono.Line.createRectangle(200,200,10); line.setType(TGL.LineStrip); line.setPositionY(-30); line.setPositionX(20); line.setStyle('m.color','red'); box.add(line);

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创建椭圆,并分段设置颜色

var line = mono.Line.createEllipse(120,80,100,Math.PI * 2,0,true); line.setPositionY(0); line.setPositionX(0); line.setMaterialStyle('vertexColors',true); line.setMaterialStyle('linewidth',10); line.setMaterialStyle('linejoin','miter'); line.setType(TGL.LinePieces); var vertices = line.getVertices(); var colors = [], color; for(var i = 0;i<vertices.length;i++){ var vertex = vertices[i]; if(vertex.x > 0 && vertex.y > 0){ color = new mono.Color('red'); }else if(vertex.x > 0 && vertex.y < 0){ color = new mono.Color('green'); }else if(vertex.x < 0 && vertex.y < 0){ color = new mono.Color('orange'); }else{ color = new mono.Color('yellow'); } colors.push(color); } line.setColors(colors); box.add(line);

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//创建Helix螺旋状线条 //mono.Line.createHelix = function(line,startRadius, endRadius, height, turns, segments) // startRadius:起始半径, endRadius:结束半径, height:高度, turns:转数, segments:分片数 var line = mono.Line.createHelix(-100,250,200,10,400); line.setPositionY(30); line.setPositionX(20); line.setMaterialStyle('linewidth',10); line.setStyle('m.color','red'); box.add(line);

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//创建Ellipse椭圆线条 // mono.Line.createEllipse(xRadius, yRadius, segments, aStartAngle, aEndAngle, aClockwise) // xRadius,yRadius:椭圆的半径,segments:分片数量,aStartAngle:起始角度,aEndAngle:结束角度,aClockwise:是否逆时针 var line = mono.Line.createEllipse(120,80,100,0,Math.PI/2,true); // line.setType(TGL.LinePieces); line.setPositionY(30); line.setPositionX(20); line.setStyle('m.color','red'); line.setMaterialStyle('linewidth',10); box.add(line);

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3. mono.LineX类

正如上文所说,Chrome不支持设置线宽,只能自己模拟;于是创建了mono.LineX;

如图,蓝色的为LineX效果。可用于绘制管线等效果;

var lineX = new mono.LineX([ {x:-180, y:100,z: -100}, {x:120, y:100, z:0}, {x:280, y:-100, z:100}, {x:-280, y:-100, z:200}, {x:-180, y:100, z:0}, {x:-180, y:100, z:-100}, ], ['red', 'red', 'red', 'red'], 10); lineX.setStyle('m.color','blue');

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4. mono.PathNode、mono.PathLine、mono.PathCube

路径体(mono.PathNode)这是一种复杂的形状体,由两个任意形状进行控制:切面形状,以及前进走向。最终形状是该切面形状沿着前进走向进行移动而形成的物体。例如,一个圆形切面沿着一个多边形移动,就会形成一个复杂的管线物体。这种形状还可以控制两个端头是否封闭、封闭的形状和尺寸,横切方向是否闭合、闭合角度、闭合样式等。通过控制这些参数,可以创建例如管线、弯管、香肠体、切开的管线等。

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详细参考TWaver官方文档,本文不再累述。 http://doc.servasoft.com/twav...

5. mono.NurbsCurve类

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权威书籍:《非均匀有理B样条(第2版)》

非均匀有理B样条,通常简称为NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines),实际上已经成为利用计算机处理集合信息时用于形状的表示、设计和数据交换的工业标准。许多国内和国际标准,如IGES,STEP和PHIGS都把NURBS作为集合设计的一个强有力的工具。NURBS取得的巨大成功主要由于以下事实[1]:

NURBS为解析曲线曲面(如圆锥截线和二次曲面)和自由型曲线曲面(如汽车车身和船体外形)的表示提供一种统一的数学方法;

利用NURBS进行设计非常直观,几乎每个工具和算法都有一个易于理解的几何解释;

NURBS的算法执行速度很快,并且数值稳定;

NURBS曲线曲面在通常的几何变换(如平移、旋转、平行和透视投影)下是不变的;

NURBS是非有理B样条、有理以及非有理Bezier曲线曲面的推广;

对于大部分人来说,B样条、有理B样条和NURBS有点神秘,有人成NURBS为无人能理解的有理B样条曲线(NoBody Understand Relation B-Splines);

研究NURBS的当前首要目的在于呈现三维数据场的可视化,可参考书籍《三维数据场可视化》[2];

NURBS曲线,貌似比较神秘,其实也非常的容易理解;制作模型的曲线一定要逼真,曲线越逼真,模型就会越真实。而一般的直线,曲线是很难达到这样效果的,所以引入了NURBS曲线。

/** * {[TGL.Line]} line  * {[Array of vector(3|4)]]} ctrlPoints 曲线的控制点 * {[Number]} degree 曲线的最高指数 * {[Number]} count 曲线每段需要插入点的个数 * {[Object]} ctrlCond 线条控制条件 */ TGL.Line.createNurbs = function(line, ctrlPoints, degree, count, ctrlCond){}
随机单色波浪线: var points = [0,-200,500,0,1000,-400,-10,500,-1000,0,0,100,-100,0,0,0,0,0]; var ctrlPoints = []; for ( var i = 0, j = 10; i < j; i ++ ) { ctrlPoints.push( new TGL.Vec3( -500 + 100 * i , points[i], 0)); } var line = mono.Line.createNurbs(ctrlPoints,3, 50, { }); line.s({ 'm.type': 'phong', 'm.color':'green' }); line.setMaterialStyle('linewidth',10); line.setType(TGL.LineStrip); box.add(line);

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在实际应用中,我们会根据曲线的高度值,设置不同的颜色,来模拟温度场之类的效果。

var line = mono.Line.createNurbs(ctrlPoints,3, 50, { skyY : 100, skyColor : new mono.Color('red'), horizonY: 0, horizonColor: new mono.Color('yellow'), earthY : -100, earthColor: new mono.Color('green'), });

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再制作一个弹簧效果

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这只是用一些数学公式模拟出来的效果,如若使用比较真实的数据,看看效果如何:

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大黄兔正脸照

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侧脸照

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一句话,逼真!

5. mono.NurbsSurface

/** * NurbsSurface 非均匀有理样条B样条曲面 * NURBS是非有理B样条、有理以及非有理Bezier曲线曲面的推广 * @class mono.NurbsSurface * @constructor * @extends mono.Curve * @param {Number} [degreeU] U方向阶数 <= U点数 - 1 * @param {Number} [degreeV] V方向阶数 <= V点数 - 1 * @param {Number} [ctrlPoints] 曲面的控制点 * @return {mono.NurbsSurface} NurbsSurface对象 * @example *  */
var ctlPoints = [ [ new mono.Vec4(-200, 0, -200, 1 ), new mono.Vec4(-200, 100, -100, 1 ), new mono.Vec4(-200, -100, 100, 1 ), new mono.Vec4(-200, 0, 200, 1 ), new mono.Vec4(-200, 100, 200, 1 ), new mono.Vec4(-200, 0, 300, 1 ), ], [ new mono.Vec4(0, 0, -200, 1 ), new mono.Vec4(0, 100, -100, 1 ), new mono.Vec4(0, -100, 100, 1 ), new mono.Vec4(0, 0, 200, 1 ), new mono.Vec4(0, 100, 200, 1 ), new mono.Vec4(0, 0, 300, 1 ), ], ]; var degreeU = 0;// 阶数 <= 点数 - 1 = 3 -1 var degreeV = 3;//阶数 <= 点数 - 1 = 6 - 1 var nurbsSurface = new mono.NurbsSurface(degreeU, degreeV, ctlPoints); var surface = window.surface = new mono.Surface(nurbsSurface, 3,150,{ skyY : 100, horizonY: 0, earthY : -100, skyColor : new mono.Color('red'), horizonColor: new mono.Color('gray'), earthColor: new mono.Color('green'), }); surface.s( { 'm.type': 'basic', 'm.color': 'white', 'm.side':mono.DoubleSide, 'm.ambient': 'white', // 'm.texture.image':'./images/collage.jpg', // 'm.wireframe':true, 'm.wireframeLinewidth': 1, 'm.wireframeLinecolor': 'orange', 'm.wireframeLineopacity': 1, }); surface.setSelectable(false); box.add(surface);

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将一幅2D温度云图转换为3D效果:

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结合数学知识,可以展现各种各样的效果:

番茄天空盒(内嵌温度场)

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图像RGB展示

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引力场

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关于绘图就说到这,TWaver的3D引擎还是挺强大的,个人觉得呈现效果也比较美丽。到目前为止,我遇到的大大小小上百个case,都能用它得到解决。

有兴趣的可以戳网址 http://servasoft.com/download... 下载TWaver3D引擎开发包,自己上手玩一把。

6.参考链接:

[1]. http://codeazur.com.br/experi...

[2]. https://mattdesl.svbtle.com/d...

[3]. https://www.khronos.org/webgl...

[4]. http://nurbscalculator.in/

[5]. http://omni360.github.io/webc...

[6]. https://www.ibiblio.org/e-not...

[7]. https://www.ibiblio.org/e-not...

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