TWaver3D直線、曲線、曲面的繪製

時間 2019-11-16

標籤 twaver3d twaver 直線曲線曲面繪製简体版

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MONO哥須要在武漢招JavaScript工程師若干
要求：對前端技術(JavasScript、HTML、CSS)，對可視化技術(Canvas、WebGL)有濃厚的興趣
基礎很差的可培養，基礎好的可共謀大事
感興趣的給我發郵件：hr@servasoft.comhtml

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今天來講關於繪圖的那些事兒。html5

先說說繪圖引擎的種類。目前市面上繪圖引擎大體能夠分爲兩類。一類基於HTML技術，好比TWaver2D/3D引擎。HTML5是業界公認的Web標準和最熱門和主流的技術，能夠在瀏覽器中直接建立2D、3D場景，無需安裝任何插件，幾乎已經應用到全部行業的Web應用中。目前全部的主流瀏覽器都很好的支持HTML5技術，包括手機、平板等移動端瀏覽器的支持。git

還有一種是Unity公司的Unity3D引擎。Unity3D須要在瀏覽器中安裝專門的播放器插件才能運行，有點相似正在垂死掙扎的Flash技術。另外，Unity3D主要支持桌面瀏覽器，並不支持移動端的瀏覽器插件。因爲安裝插件不便利，而且有必定的安全隱患，因此Unity3D在企業應用中並不常見，反倒在遊戲行業中可以很好地一展身手。
github

下面就分享一下如何用 TWaver3D引擎繪圖吧。web

1. WebGL原生線

WebGL支持繪製點、線、三角；繪製線的方法比較簡單，給定頂點，設置繪製方式便可；算法

假設給定頂點信息爲：瀏覽器

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

調用gl.drawArrays(gl.LINE_STRIP, 0, 3);後效果以下：安全

Chrome:
ide

Safari:

另外還有個兼容性問題，在Windows上，繪製線的時候沒法指定線寬。OpenGL自己有glLineWidth這個方法，並且在WebGL中也有這個方法。可是在Windows雖然調用不會失敗，可是也不會生效，不管是在Chrome仍是在FireFox上測試都無效。可是Linux上有效，應該是操做系統的限制問題。這個問題以前就有人提出過，若是有興趣能夠看看https://bugs.chromium.org/p/c...。也許在之後的WebGL版本中會修復這個問題吧。測試網站http://alteredqualia.com/tmp/...。
設置lineWidth爲10後，Chrome效果不變，Safari線條加粗了.

測試網站測試：

Chrome不正常

Safari正常

FireFox正常：

是Chrome長期存在的一個Bug: https://bugs.chromium.org/p/c...

能夠參考WebGL大咖彪叔的文章：WebGL 繪製Line的bug

2. mono.Line類

構造函數：

實線：

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);

虛線
原來的參數是經過segments來計算出更多的頂點信息；其實能夠經過配置line的style屬性，如line.pattern = [10,2]來計算出頂點信息；
封裝了mono.Line.createDottedLine方法，用於根據pattern建立虛線；

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]);

改變pattern後的效果：實線長一點，虛線短些；

建立矩形：

mono.Line.createRectangle = function(width, height, segments) {
// width:寬度, height：高度, segments：分片數
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);

建立橢圓，並分段設置顏色

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);

//建立Helix螺旋狀線條
//mono.Line.createHelix = function(line,startRadius, endRadius, height, turns, segments)
// startRadius:起始半徑, endRadius：結束半徑, height：高度, turns：轉數, segments：分片數
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);

//建立Ellipse橢圓線條
// mono.Line.createEllipse(xRadius, yRadius, segments, aStartAngle, aEndAngle, aClockwise)
// xRadius，yRadius:橢圓的半徑，segments:分片數量，aStartAngle：起始角度,aEndAngle:結束角度，aClockwise：是否逆時針
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);

3. mono.LineX類

正如上文所說，Chrome不支持設置線寬，只能本身模擬；因而建立了mono.LineX；
如圖，藍色的爲LineX效果。可用於繪製管線等效果；

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');

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

路徑體（mono.PathNode）這是一種複雜的形狀體，由兩個任意形狀進行控制：切面形狀，以及前進走向。最終形狀是該切面形狀沿着前進走向進行移動而造成的物體。例如，一個圓形切面沿着一個多邊形移動，就會造成一個複雜的管線物體。這種形狀還能夠控制兩個端頭是否封閉、封閉的形狀和尺寸，橫切方向是否閉合、閉合角度、閉合樣式等。經過控制這些參數，能夠建立例如管線、彎管、香腸體、切開的管線等。

詳細參考TWaver官方文檔，本文再也不累述。http://doc.servasoft.com/twav...

5. mono.NurbsCurve類

權威書籍：《非均勻有理B樣條(第2版)》
非均勻有理B樣條，一般簡稱爲NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines),實際上已經成爲利用計算機處理集合信息時用於形狀的表示、設計和數據交換的工業標準。許多國內和國際標準，如IGES,STEP和PHIGS都把NURBS做爲集合設計的一個強有力的工具。NURBS取得的巨大成功主要因爲如下事實[1]：
NURBS爲解析曲線曲面(如圓錐截線和二次曲面)和自由型曲線曲面(如汽車車身和船體外形)的表示提供一種統一的數學方法；
利用NURBS進行設計很是直觀，幾乎每一個工具和算法都有一個易於理解的幾何解釋；
NURBS的算法執行速度很快，而且數值穩定；
NURBS曲線曲面在一般的幾何變換(如平移、旋轉、平行和透視投影)下是不變的；
NURBS是非有理B樣條、有理以及非有理Bezier曲線曲面的推廣；

對於大部分人來講,B樣條、有理B樣條和NURBS有點神祕，有人成NURBS爲無人能理解的有理B樣條曲線(NoBody Understand Relation B-Splines);
研究NURBS的當前首要目的在於呈現三維數據場的可視化,可參考書籍《三維數據場可視化》[2];
NURBS曲線，貌似比較神祕，其實也很是的容易理解；製做模型的曲線必定要逼真，曲線越逼真，模型就會越真實。而通常的直線，曲線是很難達到這樣效果的，因此引入了NURBS曲線。

/**
* {[TGL.Line]} line 
* {[Array of vector(3|4)]]} ctrlPoints 曲線的控制點
* {[Number]} degree 曲線的最高指數
* {[Number]} count 曲線每段須要插入點的個數
* {[Object]} ctrlCond 線條控制條件
*/
TGL.Line.createNurbs = function(line, ctrlPoints, degree, count, ctrlCond){}

隨機單色波浪線：
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);

在實際應用中，咱們會根據曲線的高度值，設置不一樣的顏色，來模擬溫度場之類的效果。

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'),
});

再製做一個彈簧效果

這只是用一些數學公式模擬出來的效果，如若使用比較真實的數據，看看效果如何：

大黃兔正臉照

側臉照

一句話，逼真！

5. mono.NurbsSurface

/**
* NurbsSurface 非均勻有理樣條B樣條曲面
* NURBS是非有理B樣條、有理以及非有理Bezier曲線曲面的推廣
* @class mono.NurbsSurface
* @constructor
* @extends mono.Curve
* @param {Number} [degreeU] U方向階數 <= U點數 - 1
* @param {Number} [degreeV] V方向階數 <= V點數 - 1
* @param {Number} [ctrlPoints] 曲面的控制點
* @return {mono.NurbsSurface} NurbsSurface對象
* @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;// 階數 <= 點數 - 1 = 3 -1
var degreeV = 3;//階數 <= 點數 - 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);

將一幅2D溫度雲圖轉換爲3D效果：

結合數學知識，能夠展示各類各樣的效果：
番茄天空盒(內嵌溫度場)

圖像RGB展現

引力場

關於繪圖就說到這，TWaver的3D引擎仍是挺強大的，我的以爲呈現效果也比較美麗。到目前爲止，我遇到的大大小小上百個case，都能用它獲得解決。

有興趣的能夠戳網址http://servasoft.com/download...下載TWaver3D引擎開發包，本身上手玩一把。