基於 HTML5 的工業互聯網 3D 可視化應用

工業企業中生產線處於高速運轉，由工業設備所產生、採集和處理的數據量遠大於企業中計算機和人工產生的數據，生產線的高速運轉則對數據的實時性要求也更高。破解這些大數據就是企業在新一輪製造革命中贏得競爭力的鑰匙。所以，工業生產可視化系統是工業製造業的最佳選擇。

工業生產可視化是將虛擬現實技術有機融入了工業監控系統，系統展示界面以生產廠房的仿真場景爲基礎，對各個工段、重要設備的形態都進行復原，做業流轉狀態能夠在廠房視圖當中直接顯示。在單體設備視圖中，機械設備的運行模式直接以仿真動畫的形式展示，經過圖像、三維動畫以及計算機程控技術與實體模型相融合，實現對設備的可視化表達，使管理者對其所管理的設備有形象具體的概念。同時，對設備運行中產生的全部參數一目瞭然，從而大大減小管理者的勞動強度，提升管理效率和管理水平。

如下是基於 HT for Web（http://www.hightopo.com/）的裙房監控系統的具體解決方案動圖：

http://www.hightopo.com/demo/...
基於 HT for Web（http://www.hightopo.com/）的 HTML5 技術除了應用在工業行業外，如今愈來愈多用戶實用 HT 在城市服務、農業、樓宇、管廊、安防、BIM、隧道等等傳統的領域進行實時聯網監控，經過數字孿生雙胞胎的方式將實體設備與具體的數據傳輸過去，方便管理員進行管理，也爲監管省去了很大一筆人力開銷。
最初客戶給出的需求是實現動畫以及開關動畫的功能，控制動畫和燈光的開關佔據屏幕的比例不須要太大，按照人類習慣的操做方式來講，放在右上角是最合適的，剩下的整屏就由 3D 場景來填充，主次分明。

3D 場景搭建

要將工業生產可視化，3D 的展示是必不可少，HT 須要建立一個 3D 組件，搭建靠 2 行代碼來實現：

var g3d = new ht.graph3d.Graph3dView();// Hightopo 的 3D 組件（三維場景地基）
g3d.addToDOM();// 將 3D 組將添加到 body 體中

HT 的組件通常都會嵌入 BorderPane（https://hightopo.com/guide/gu...）、SplitView（https://hightopo.com/guide/gu...）和 TabView （https://hightopo.com/guide/gu...）等容器中使用，而最外層的 HT 組件則須要用戶手工將 getView() 返回的底層 div 元素添加到頁面的 DOM 元素中，這裏須要注意的是，當父容器大小變化時，若是父容器是 BorderPane 和 SplitView 等這些HT預約義的容器組件，則 HT 的容器會自動遞歸調用孩子組件 invalidate 函數通知更新。但若是父容器是原生的 html 元素， 則 HT 組件沒法獲知須要更新，所以最外層的 HT 組件通常須要監聽 window 的窗口大小變化事件，調用最外層組件 invalidate 函數進行更新。
爲了最外層組件加載填充滿窗口的方便性，HT 的全部組件都有 addToDOM 函數，其實現邏輯以下，其中 iv 是 invalidate 的簡寫：

addToDOM = function(){
    var self = this,
         view = self.getView(),//獲取組件的底層 div
         style = view.style;
    document.body.appendChild(view);//將組件底層div添加進body中
    style.left = '0';//ht 默認將全部的組件的position都設置爲absolute絕對定位
    style.right = '0';
    style.top = '0';
    style.bottom = '0';
    window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false);//窗口大小改變事件，調用刷新函數
}

接下來咱們要向場景中添加各類模型，用代碼生成模型是很是痛苦的，咱們將整個場景的模型都放到一個 JSON 文件中，並經過 ht.Default.xhrLoad 方法將這個 JSON 轉換爲 3D 場景顯示在界面上：

var dm = g3d.dm();// 獲取 HT 3D 組件的數據容器
ht.Default.xhrLoad('scenes/system.json', function(text) {
    dm.deserialize(text);// 將函數的 text（json）參數傳給 deserialize 反序列化方法，可將 json 內容中的元素添加到 dataModel 數據容器中進行顯示
}

ht.Default.xhrLoad 方法是一個異步加載 json 文件的方法，第一個參數爲傳入的 json 文件，路徑是相對於 html 文件的，第二個參數是回調函數，在傳入的 json 文件解析完畢以後作的操做。此方法爲異步加載，所以須要對 dm 數據容器中的數據進行獲取或操做的話，須要將獲取/操做的代碼寫在 dm.deserialize(text) 方法以後，由於此時 dm 數據容器中才有節點。
上面將 JSON 文件發序列化到 dm 數據容器中後界面顯示以下：

上圖中整個場景的背景是我後期用代碼添加的，經過前面的 addToDOM 函數能夠知道咱們能夠經過 getView 方法獲取 HT 3D 組件的底層 div，所以要在此 div 上添加一張背景圖也就不難了。剩下的 3D 模型部分都是由 JSON 反序列化出來的。

場景中葉輪的轉動

工業葉輪的轉動不多是整個模型在轉動，而是中間的「滾輪」在轉動，這要求設計師在建立模型的時候就將這個部分分離出來，而後我給此部分設置 tag 惟一標識爲「yelun」，經過 dm.getDataByTag('yelun') 便可獲取到這個節點，而後給這個節點設置旋轉動畫。
HT 中調度進行的流程是，先經過 DataModel （https://hightopo.com/guide/gu...）添加調度任務，DataModel 會在調度任務指定的時間間隔到達時， 遍歷 DataModel 全部圖元回調調度任務的 action 函數，可在該函數中對傳入的 Data 圖元作相應的屬性修改以達到動畫效果。
根據上面對調度任務的說明，咱們瞭解到向 dm 數據容器中添加調度任務會遍歷整個數據容器，數據容器中內容很少的時候可能感受不到，但當數據容器中內容多且模型重的狀況下，對 dm 數據容器進行過濾就很是有必要了，並且若是添加多個調度任務都遍歷了整個數據容器，那麼對電腦的性能要求可想而知。我一開始使用的時候就是遺漏了對 dm 數據容器的過濾，由於場景不大，因此一開始沒有感受，後來加了燈光後很重，就立馬出現問題了，才發現遺漏了對 data 的過濾判斷。
所以，調度任務傳入的參數對象中 action 方法傳入了一個 data 值，用於設置當前動畫的對象，不是此對象的直接能夠 return 掉，不作任何操做：

var task = [];
var yelun = dm.getDataByTag('yelun');// 獲取 tag 爲 yelun 的節點
// 建立一個動畫調度任務
task.yelunTask = {
    interval: 100,// 動畫持續時間
    action: function(data) {// 動畫內容
        if (data !== yelun) return;
        // 設置 yelun 節點的 x 軸旋轉爲當前 x 軸旋轉值再加上 Math.PI/12
        yelun.setRotationX(yelun.getRotationX() + Math.PI/12);
    }
}
dm.addScheduleTask(task.yelunTask);// 將調度任務添加到數據容器中

容器水位的上升降低

容器中水位的上升降低也是數字孿生（雙胞胎）的體現，數據同步進行展示給監控人員，監控人員不須要進行數據採集系統也能直接獲取當前數據。

這裏將容器水位的上升降低放到一個動畫調度任務裏了，也就是說經過 dm 數據容器操做這個調度任務就可以同時操做這兩個部分的動畫，將上一小節中的 yelunTask 調度任務的 action 更改一下，由於上面的代碼只對 yelun 節點進行了操做，咱們須要對裝水的容器也進行操做。首先獲取裝水的容器，這裏將這個節點的惟一標識 tag 設置爲「cylinder」：

var cylinder = dm.getDataByTag('cylinder');
而後更改調度中的 action 部分代碼：
action: function(data) {
    if (!(data === yelun || data === cylinder)) return;
    // 葉輪轉動
    yelun.setRotationX(yelun.getRotationX() + Math.PI/12);
 
    // 容器水位變化
    if (cylinder.getTall() === 100) cylinder.setTall(0);// 容器水位高度到達 100 的值時，重置爲 0else cylinder.setTall(cylinder.getTall() + 1);
}

葉輪轉動故障展現

由於沒有數據的傳輸，因此這邊故障信息我只能本身造假數據了，我建立了一個 10 之內的整數隨機數，判斷這個值是否爲 1，若是爲 1 就將運做正常的圖標變換成告警圖標，同時我還經過這個值來設置 dm 數據容器添加/移除調度任務來控制當前葉輪轉動/中止、容器水位變化與否：

var alarm = dm.getDataByTag('alarm');// 獲取告警圖標節點
setInterval(function() {
    var random = Math.floor(Math.random()*5);
    if (random === 1) {
        alarm.s('shape3d.image', 'symbols/電信/故障 2.json');// 設置告警圖標節點爲「故障」圖標
        dm.removeScheduleTask(task.yelunTask);// 將葉輪的動畫加上 
    }
    else {
        alarm.s('shape3d.image', 'symbols/電信/正常 2.json');// 設置告警圖標節點爲「正常」圖標
        dm.addScheduleTask(task.yelunTask);// 移除葉輪的動畫 
    }
}, 1000);

開啓/關閉動畫

上一小節咱們已經提到了開啓/關閉動畫的方式，這邊咱們運用 form 表單，手動操做動畫的開啓和關閉（注：這裏只說明第一行的「水流開關」）。
工業互聯網還有一個好處，就是可以遠程來控制現場的開關，同時也能快速監測到設備是否故障，可以及時反饋給維修人員，減小了時間成本，以及下降了生產停滯的風險。
首先，咱們須要建立一個 formPane （https://hightopo.com/guide/gu...）表單組件，在這個表單組件中添加行數據，這邊操做動畫的開啓和關閉我是用的 checkbox，值變化只有 true 和 false，這個狀況用這個是比較優的選擇。而後經過監聽這個 checkbox 的值的變化事件，設置動畫的開啓（添加）或者關閉（移除）。

function createForm(task) {
    var form = new ht.widget.FormPane();// 建立 form 表單組件對象
    form.setWidth(160);// 設置表單組件的寬度
    form.setHeight(90);// 設置表單組件的高度
    // 設置表單組件底層 div 的樣式屬性
    form.getView().style.right = '10px';
    form.getView().style.top = '10px';
    form.getView().style.background = 'rgba(255, 255, 255, 0.2)';
    form.getView().style.borderRadius = '5px';
    document.body.appendChild(form.getView());// 將 form 表單底層 div 添加到 body 體中
 
    // 水閥開啓和關閉
    form.addRow([// 給 form 表單添加一行數據 
        {
            checkBox: {// 複選框類，HT 將此封裝到 form 中 實際上建立了一個 ht.widget.CheckBox 組件
                label: '水流開關',// 設置 checkbox 的文本內容
                labelColor: '#fff',// 設置 checkbox 文本顏色
                selected: true,// 設置此 checkbox 是否選中
                onValueChanged: function() {// 監聽值變化事件
                    if (this.isSelected()) dm.addScheduleTask(task.arrowTask);// 若是這個 checkBox 選中，則添加動畫(開啓水閥)
                    else dm.removeScheduleTask(task.arrowTask);// 若是這個 checkBox 未被選中，則移除動畫(關閉水閥) 
                }
            }
        }
    ], [0.1]);// 設置這個行數據中列的寬度
    return form;
}

addRow 方法上面代碼中一言兩語解釋不清楚，參考以下說明：
addRow(items, widths, height, params) 添加一行組件
items爲元素數組，元素可爲字符串、json 格式描述的組件參數信息、html 元素或者爲 null 的空

• widths 爲每一個元素寬度信息數組，寬度值大於 1 表明固定絕對值，小於等於 1 表明相對值，也可爲 80+0.3 的組合
• height 爲行高信息，值大於 1 表明固定絕對值，小於等於 1 表明相對值，也可爲 80+0.3 的組合，爲空時採用默認行高
• params 爲 json 格式的額外參數，例如插入行索引以及行邊框或背景顏色等，如 { index: 2, background: 'yellow', borderColor: 'red' }

上面代碼中提到的 arrowTask 是對場景中的「箭頭」流動添加的動畫調度任務，經過控制 form 表單中 checkbox 複選框是否選中可直接操做 dm 是否添加/移除動畫調度任務。

燈光的開啓/關閉

控制燈光的開啓和關閉，這裏也是經過 form 表單上的 checkbox 複選框來進行操做的。通常建議不要使用燈光，渲染太燒性能了，這裏只是爲了效果而添加作一個說明。
首先咱們須要建立一個「燈」節點，而後經過設置樣式屬性 setStyle 來設置燈的類型、顏色、燈照範圍等等屬性：

// 添加燈光
var light = new ht.Light();// 建立一個燈節點（繼承於 ht.Node） （https://hightopo.com/guide/guide/core/lighting/ht-lighting-guide.html）
light.p3([15, 120, 50]);// 設置此節點的位置
light.setTag('light');// 設置此節點的惟一標識
dm.add(light);// 將此節點添加到 dm 數據容器中進行顯示
light.s({// 設置此節點的樣式屬性 setStyle 簡寫爲 s
    'light.type': 'point',// 設置燈類型
    'light.color': 'rgb(252,252,149)',// 設置燈顏色
    'light.range': 1400,// 設置燈照範圍
    '3d.visible': false// 設置此節點在 3d 上不可見
});

而後在 form 表單上添加一行用來控制燈的開關、燈的顏色燈功能：

// 九、燈光開啓和關閉 以及顏色切換
form.addRow([// form 中添加一行 {
    id: 'lightDisabled',// 設置此項的 id 值，可經過 form.getItemById 獲取此項
    checkBox: {// 複選框組件
        label: '開關燈',// 設置複選框文本內容
        labelColor: '#fff',// 設置複選框文本顏色
        selected: true,// 設置複選框是否選中
        onValueChanged: function() {// 監聽值變化事件
            dm.getDataByTag('light').s('light.disabled', !this.getValue());// 獲取燈節點並設置是否關閉燈光效果，light.disabled 屬性默認爲false，可設置爲true關閉燈效果 
       }
    }
},
{
    colorPicker: {// 顏色選擇器組件
        value: 'rgb(252,252,149)',// 設置當前值
        instant: true,// 設置是否處於即時狀態，將會實時改變模型值
        onValueChanged: function() {// 監聽值變化事件
            dm.getDataByTag('light').s('light.color', this.getValue())// 設置燈的顏色爲當前選中的顏色 }
        }
    }
], [0.1, 0.1]);

點擊切換模型

HT 將事件監聽封裝到 mi 事件（https://hightopo.com/guide/gu...）中，mi 方法中有多種事件，這裏咱們須要的是單擊節點的事件監聽 clickData 事件，經過判斷事件類型 e.kind 是否爲 clickData，以後對節點的設置模型便可：

var waterPump6 = dm.getDataByTag('水泵06');// 獲取 tag 爲「水泵06」的節點
waterPump6.s({// 設置該節點的樣式屬性
    'note': '點我切換模型',// 設置標註文字內容
    'note.transparent': true,// 設置標註在 3D 下是否透明
    'note.t3': [0, 0, -50],// 設置標註在 3D 下的偏移
    'note.reverse.flip': true//設置標註背面是否顯示正面的內容
});
g3d.mi(function(e) {// 監聽 3D 組件上的事件
    if(e.kind === 'clickData') {// 點擊節點事件
        // 模型點擊切換
        if (e.data === waterPump6 && e.data.s('shape3d') === 'models/裙房系統/水泵.json') e.data.s('shape3d', 'models/fengji.json');// 設置點擊節點的 shape3d 樣式屬性
        else if (e.data === waterPump6 && e.data.s('shape3d') === 'models/fengji.json') e.data.s('shape3d', 'models/裙房系統/水泵.json');// 設置點擊節點的 shape3d 樣式屬性 
    }
});

HT 設置模型是經過設置節點的樣式屬性 node.setStyle（簡寫爲 node.s）爲 shape3d 來實現的。

點擊隱藏/顯示屬性窗口

上面說到了事件的監聽，既然同爲點擊事件，咱們就在一個監聽事件裏面進行具體的操做便可，在上面的 if (e.kind === 'clickData') 判斷中添加顯示/隱藏屬性窗口的邏輯：

var waterPump5 = dm.getDataByTag('水泵05');
waterPump6.s({
    'note': '點我切換模型',
    'note.transparent': true,
    'note.t3': [0, 0, -50],
    'note.reverse.flip': true
});
g3d.mi(function(e) {
    if(e.kind === 'clickData') {
        // 模型點擊切換
        if (e.data === waterPump6 && e.data.s('shape3d') === 'models/裙房系統/水泵.json') e.data.s('shape3d', 'models/fengji.json');
        else if (e.data === waterPump6 && e.data.s('shape3d') === 'models/fengji.json') e.data.s('shape3d', 'models/裙房系統/水泵.json');
 
        // 模型點擊 隱藏/顯示屬性窗口
        if (e.data === waterPump5) {// 判斷點擊的圖元是否爲 waterPump5
             if(giveWater.s('3d.visible')) {// 判斷當前屬性窗口是否爲顯示狀態
                  giveWater.s('3d.visible', false);// 設置屬性窗口不可見
                  e.data.s('note', '點我顯示屬性窗口');// 更改標註中的顯示內容 
             }
             else {
                  giveWater.s('3d.visible', true);// 設置屬性窗口可見
                  e.data.s('note', '點我隱藏屬性窗口')// 更改標註中的顯示內容 }
             }
      }
});

文本內容/顏色變換

工業生產現場數據確定是不斷地變化，數字孿生的特性也在這裏充分地展現出來，根據設備返回的數據不斷地更新顯示數據，清晰地展現了當前設備的動態。

經過 tag 獲取場景中對應的屬性窗口的節點，此節點爲一個面板，至關於六面體有六面，這個節點類型就只有一面，並經過設置屬性 shape3d.image 設置此節點上的圖片爲 tooltips.json 矢量圖標（https://hightopo.com/guide/gu...）。矢量在 Hightopo（HT）中是矢量圖形的簡稱，常見的 png 和 jpg 這類的柵格位圖， 經過存儲每一個像素的顏色信息來描述圖形，這種方式的圖片在拉伸放大或縮小時會出現圖形模糊，線條變粗出現鋸齒等問題。 而矢量圖片經過點、線和多邊形來描述圖形，所以在無限放大和縮小圖片的狀況下依然能保持一致的精確度。並且 HT 的矢量圖形還有一個很是重要的特色，就是可以對矢量圖形上的任何一個部分都進行數據綁定，也就是說上圖中的五張圖，咱們能夠只繪製一張圖，經過數據綁定來改變這張圖上的文本以及數值內容。
矢量圖標中的數據綁定能夠用在工業中的生產看板、大屏中的數據顯示等等，都可以以一種高效的方式進行產品的整合。
矢量圖形的數據綁定可以再寫一篇文章進行闡述了，這裏就很少提，你們自行去官網上查看「矢量手冊」以及「數據綁定手冊」，說明的比較詳細。
獲取到對應的節點以後，經過 node.a 方法能夠獲取和設置數據綁定（https://hightopo.com/guide/gu...）的屬性，這裏咱們綁定的是文本內容「label」和數值「value」以及數值顏色「valueColor」:

var billboardArray = [];
// 經過 tag 獲取節點
var temperature1 = dm.getDataByTag('回水溫度1');// 獲取 tag 爲"回水溫度1"的節點
billboardArray.push(temperature1);
var temperature2 = dm.getDataByTag('回水溫度2');
billboardArray.push(temperature2);
var returnPress = dm.getDataByTag('回水壓力');
billboardArray.push(returnPress);
var givePress = dm.getDataByTag('供水壓力');
billboardArray.push(givePress);
var giveTemp = dm.getDataByTag('供水溫度');
billboardArray.push(giveTemp);
var giveWater = dm.getDataByTag('供水流量');
billboardArray.push(giveWater);
// 文字標籤內容變換
billboardArray.forEach(function(billboard) {
    billboard.a('label', billboard.getTag());// 設置數據綁定屬性爲 label 的屬性值爲當前節點的 tag 內容
});
// 文字標籤數字變換+顏色變換 更改圖標中綁定的 value 屬性值
setInterval(function() {
    billboardArray.forEach(function(billboard) {
        var random = Math.random()*100;
        billboard.a('value', random.toFixed(2));
 
        // 設置圖標中「數值內容顏色」
        if (random > 70 && random <= 80) billboard.a('valueColor', '#00FFFF');
        else if (random > 80 && random <= 90) billboard.a('valueColor', '#FFA000');
        else if (random > 90) billboard.a('valueColor', '#FF0000');
        else billboard.a('valueColor', '');
    });
}, 1000);

工業互聯網 3D 的可視化應用很是普遍，除了裙房監控系統，工業設備好比變壓器的數據監控以及智能樓宇外還有不少不少，甚至能夠運用到農業以及城市規劃上......最後，有興趣的朋友能夠私信或留言交流一下技術或者交個朋友。