基於 HTML5 WebGL 的民航客機飛行監控系統

前些日子出差，在飛機上看到頭頂的監控面板，除了播放電視劇和廣告以外，還會時不時的切換到一個飛機航行的監控系統，不過整個監控系統讓人感到有一點點的簡陋，因此我就突發奇想製做了一個採用 HT for Web 的升級版監控系統，demo 的效果還行，發出來你們相互學習下。

demo(https://www.hightopo.com/demo/flight-monitor/)

實現過程

雲中穿行效果

爲了達到飛機雲中穿行的效果，最開始我遇到的問題是飛機飛行的層次感，也就一般所說的透視效果，這裏我採用的是雲通道和雲背景以不一樣的速度流動，製造一種飛行的透視效果。

雲我採用的是貼圖的方式呈現的，可是僅僅是貼圖會遮擋天空和飛機，很是影響飛機飛行的觀感，因此我開啓了相應圖元的 transparent 和 opacity ，雲背景和雲通道設置不一樣的透明度，不只增長了層次感，還會讓人產生雲朵從眼前飄過的錯覺。

雲通道採用的是 ht.Polyline 類型，通道縮放拉大了 Y 軸的比例，使雲通道有更大的縱向空間，設置 reverse.flip 背拷貝使雲通道內部也顯示出貼圖，彷彿讓飛機置身於雲海中穿梭；雲背景採用 ht.Node 類型，只設置一個面顯示充當雲背景。

總體的雲流動效果採用 offset 偏移實現，改變相應圖元或相應圖元面的貼圖偏移量來達到飛機雲中穿行的效果， 代碼以下：

var i = 1, 
    p = 0;
setInterval(() => {
    i -= 0.1; p += 0.005;
    clouds.s('shape3d.uv.offset', [i, 0]);
    cloudBackground.s('all.uv.offset', [p, 0]);
}, 100);

升降顛簸效果

雖然達到了飛機雲中穿行的效果，可是若是飛機只是直直的飛行，那也會下降飛行的實感，相信坐過飛機的朋友確定都遇到過因氣流產生的顛簸，也常常感覺到飛機飛行途中的爬升和降低，這實際上是由於飛機的航線並非一直固定在一個高度上，有時會爬升有時會降低，因此我就用 ht-animation.js HT 動畫擴展插件去實現飛機顛簸效果，代碼以下：

dm.enableAnimation(20);
plane.setAnimation({
    back1: {
        from: 0,
        to: 160,
        easing: 'Cubic.easeInOut',
        duration: 8000,
        next: "up1",
        onUpdate: function (value) {
            value = parseInt(value);
            var p3 = this.p3();
            this.p3(value, p3[1], p3[2]);
        }
    },
    //...省略類似
    start: ["back1"]
});

球扇形視角限制

飛行效果完善以後，這時我就遇到了一個比較棘手的問題，由於實際上雖然看着飛機是在雲海中穿梭，可是僅僅是在通道中飛行，背景其實也只是平面貼圖，因此當視角到達某種程度的時候就會有強烈的違和感和不真實感，就須要一個視角限制，使視角的調整剛恰好在一個範圍內。

視角限制的話通常是限制 g3d 的 eye 和 center ，不太瞭解的朋友能夠去看 hightopo 官網中的 3d 手冊，裏面有詳細的說明，這裏我就再也不贅述了；由於視角範圍的關係，因此我決定固定 center 的位置，代碼以下：

g3d.addPropertyChangeListener(e => {
    // 固定中心點
    if (e.property === 'center') {
        e.newValue[0] = center[0];
        e.newValue[1] = center[1];
        e.newValue[2] = center[2];
    }
}

而後再把 eye 限制在某一個範圍內就大功告成了，然而這裏卻並非那麼簡單，最開始我把 eye 限制在一個立方體的空間內，但交互效果很不理想，考慮到 g3d 默認交互中，鼠標拖拽平移視角變換時，實際上 eye 是在一個以 center 爲球心的球面上運動的，因此我決定從這個球中挖出來一塊做爲 eye 的限制空間，也就是球扇形，不太理解的朋友能夠參考這個圖：

球扇形視角限制，一共須要三個參數，分別是中心參考軸、中心軸和外邊所成角度、所在球限制半徑，其中中心參考軸可根據初始 eye 和 center 的鏈接延長線肯定，所在球限制半徑又分最大限制和最小限制，代碼以下：

function limitEye(g3d, eye, center, options) {
    var limitMaxL   = options.limitMaxL,
        limitMinL   = options.limitMinL,
        limitA      = options.limitA;

    g3d.addPropertyChangeListener(e => {
        // 固定中心點
        if (e.property === 'center') {
            e.newValue[0] = center[0];
            e.newValue[1] = center[1];
            e.newValue[2] = center[2];
        }
        // 限制視角
        if (e.property === 'eye') {
            var newEyeV = new ht.Math.Vector3(e.newValue),
                centerV = new ht.Math.Vector3(center),
                refEyeV = new ht.Math.Vector3(eye),
                refVector = refEyeV.clone().sub(centerV),
                newVector = newEyeV.clone().sub(centerV);

            if (centerV.distanceTo(newEyeV) > limitMaxL) {
                newVector.setLength(limitMaxL);
                e.newValue[0] = newVector.x;
                e.newValue[1] = newVector.y;
                e.newValue[2] = newVector.z;
            }
            if (centerV.distanceTo(newEyeV) < limitMinL) {
                newVector.setLength(limitMinL);
                e.newValue[0] = newVector.x;
                e.newValue[1] = newVector.y;
                e.newValue[2] = newVector.z;
            }
            if (newVector.angleTo(refVector) > limitA) {
                var oldLength = newVector.length(),
                    oldAngle  = newVector.angleTo(refVector),
                    refLength = oldLength * Math.cos(oldAngle),
                    vertVector,
                    realVector,
                    realEye;

                refVector.setLength(refLength);

                newEyeV = newVector.clone().add(centerV);
                refEyeV = refVector.clone().add(centerV);
                vertVector = newEyeV.clone().sub(refEyeV);
                vertLength = refLength * Math.tan(limitA);

                vertVector.setLength(vertLength);

                realVector = vertVector.clone().add(refEyeV).sub(centerV);

                realVector.setLength(oldLength);

                realEye = realVector.clone().add(centerV);

                // 防止移動角度大於 180 度，視角反轉
                if (oldAngle > Math.PI / 2) {
                    realEye.negate();
                }

                e.newValue[0] = realEye.x;
                e.newValue[1] = realEye.y;
                e.newValue[2] = realEye.z;
            }  
        }
    })
}

飛機監控系統

固然做爲監控系統，天然要有監控了，增長右下角的小地圖，並提供三種模式，分別是聚焦飛機，聚焦飛行軌跡和聚焦地圖，並根據飛機的飛行方向控制飛行軌跡的流動效果，其中聚焦飛機會跟隨飛機移動進行 fitData，使飛機一直處於小地圖的中心，代碼以下：

var fitFlowP = function (e) {
    if (e.property === 'position' && e.data === plane) {
        mapGV.fitData(plane, false);
    }
};
buttonP.s({
    'interactive': true,
    'onClick': function (event, data, view, point, width, height) {
        map.a('fitDataTag', 'plane2D');
        mapGV.fitData(plane, false);
        mapDM.md(fitFlowP);
    }
});
buttonL.s({
    'interactive': true,
    'onClick': function (event, data, view, point, width, height) {
        mapDM.umd(fitFlowP);
        map.a('fitDataTag', 'flyLine');
        mapGV.fitData(flyLine, false);
    }
});
// ...省略

增長鼠標移到飛機相應位置進行名稱的提示、雙擊後顯示飛機相應位置的信息面板並將視角聚焦到面板上、點擊飛機任意地方切換回飛機飛行模式等效果。

左側增長監控面板替代上面提到的雙擊相應位置這步操做直接聚焦到相應位置的信息面板上，這裏按鈕開啓了交互並添加了相應的交互邏輯，代碼以下：

button_JC.s({
    'interactive': true,
    'onClick': function (event, data, view, point, width, height) {
        event.preventDefault();
        let g3d = G.g3d,
            g3dDM = G.g3d.dm();
        g3d.fireInteractorEvent({
            kind: 'doubleClickData',
            data: g3dDM.getDataByTag(data.getTag())
        })
    }
});
//...省略

天空渲染效果

既然是監控系統確定是 24 小時無差異的監控，這就涉及到一個問題，我總不可能半夜的時候飛機也從瓦藍瓦藍的天空上飛過，這就很欠缺真實性了，因此要有一個天空從亮到暗再從暗到亮的過程，這個過程我暫定到 06:00-06:30 和19:00-19:30 這兩個時間段。

天空採用的是 shape3d : 'sphere' 球形，包裹整個場景，而後使用 reverse.flip 背拷貝 和 blend 染色，以後天空就能夠渲染成我想要的顏色，若是按照時間改變天空明暗只要改變染色值就能夠了。

可是因爲白天和晚上光照狀況的不一樣，雲反射光的強度也不一樣，就致使了白天和晚上雲的差別，因此也要調整雲道和雲背景的貼圖的 opacity 透明度，晚間更爲透明度，代碼以下：

if ((hour > 6 && hour < 19) || (hour == 6 && minutes >= 30)) {
    timePane && timePane.a({
        'morning.visible': false,
        'day.visible': true,
        'dusk.visible': false,
        'night.visible': false,
        'day.opacity': 1
    })
    skyBox.s({
        "shape3d.blend": 'rgb(127, 200, 240)',
    })
    cloudBackground.s({
        "back.opacity": 0.7,
    })
    clouds.s({
        "shape3d.opacity": 0.7,
    })
} else if ((hour < 6 || hour > 19) || (hour == 19 && minutes >= 30)) {
//...省略
} else if (hour == 6 && minutes < 15 ) {
//...省略
} else if (hour == 6 && minutes >= 15 && minutes < 30) {
//...省略
} else if (hour == 19 && minutes < 15) {
//...省略
} else if (hour == 19 && minutes >= 15 && minutes < 30) {
//...省略
}

這裏我還增長了對右上角時間面板時間狀態圖標的支持，並增長了圖標切換時的漸隱漸顯效果，同時給時間面板狀態圖標位置增長了點擊切換到下一時間狀態的功能。

爲了演示效果我增長了時間倍速按鈕，下圖是 500 倍時間流速下的變化狀況：

總結

經過這個 demo ，我發現生活中有不少沒有被人所注意到的細節都存在數據可視化的可能，在這個大數據的時代更多的可能性值得被人發掘出來，不要錯個身邊每個值得數據可視化的細節，這樣不只能夠更好的挖掘 HT for Web 的潛力，也能夠增強自身身爲一個程序員的綜合素質。