javascript模擬鳥羣使用cax和threejs渲染引擎

本文會使用前端技術來模擬2d和3d鳥羣，我選用canvas元素繪製，固然也能夠使用css3或者svg。

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整個實現 demo

3d的渲染我選用threejs

2d的渲染引擎我選擇cax，cax是一款我很是喜歡的渲染引擎，支持小程序、小遊戲以及 Web 瀏覽器渲染。用它既能開發小遊戲也能開發圖表（見wechart），強力推薦！

2d鳥羣

2d demo

這些鳥並非在漫無目的的亂飛，它們看上去都擁有了智商，造成了羣體，產生了複雜的羣組運動效果

這看上去複雜的行爲是一種複合行爲，一般會拆分爲下面幾種

分離（separation）

首先對象們要儘可能不能與周圍的對象相互碰撞，它們彼此不能離的太近，須要給本身留出一個小空間

內聚（cohesion）

也不能和周圍對象們離的太遠了，太遠會被拉回來

排隊（alignment）

它們飛行的方向也不能太亂，大致上都會往一個方向上飛，每一個對象都會歸到一隊伍中

這三個特性分離、內聚、排隊組合起來，就會獲得飛車逼真的鳥羣（羣體）

考慮到鳥羣的複雜行爲，咱們沒必要知道鳥羣的總體智慧。每隻鳥只須要對它範圍內的其餘鳥運用那三個特性，天然而然的造成羣落。來看下面的代碼，代碼沒作太多優化，將就着看：

建立鳥們，添加到場景中

var birds = Array.from({length:60},(v,i)=>{
  var bird = new Bird()
  stage.add(bird)

  Object.assign(bird,{
    po: new Vector(stage.width*rd(),stage.height*rd())
    ,ve: new Vector(rd() * 20 - 10, rd() * 20 - 10)
    ,ac: new Vector()
  }) 
  return bird
})

this.tick = cax.tick(()=>{
  stage.update()
  birds.forEach(b=>b.update(stage,birds))
})
複製代碼

關鍵update方法

update(birds){
 // 忽略本身
 birds = birds.filter(o=>this!=o)
 
 // separation
 for(let bird of birds){
   // 過於接近
   if(this.po.distanceTo(bird.po) < Bird.sDist){
     // 減去這個轉向力，實現分離
     this.ac.sub(
       bird.po.clone()
       .sub(this.po).normalize()
       .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)
       .sub(this.ve)
     )
   } 
 }

 // cohesion
 let cohesion =  birds.reduce((param, b)=>{
   if(this.po.distanceTo(b.po) < Bird.cDist){
     param.sum.add(b.po)
     param.count++
   }
   return param
 },{sum:new Vector(),count:0,force:new Vector()})

 if(cohesion.count>0){
   // 先求得平均位置，用平均位置求得指望的目標速度，把算出的轉向力累積到加速度上
   this.ac.add(
     cohesion.sum.divideScalar(cohesion.count)
     .sub(this.po).normalize()
     .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)
     .sub(this.ve)
   )
 }


 // alignment
 let alignment =  birds.reduce((param, b)=>{
   if(this.po.distanceTo(b.po) < Bird.aDist){
     param.sum.add(b.ve)
     param.count++
   }
   return param
 },{sum:new Vector(),count:0,force:new Vector()})

 if(alignment.count>0){
  // 先求得平均速度，用平均速度求得指望的目標速度，把算出的轉向力累積到加速度上
   this.ac.add(
     alignment.sum.divideScalar(alignment.count).normalize()
     .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)
     .sub(this.ve) 
   )
 }
 // 不超過最大轉向力和速度
 if(this.ac.length > Bird.MAX_FORCE) this.ac.normalize().multiplyScalar(Bird.MAX_FORCE)
 if(this.ve.length > Bird.MAX_SPEED) this.ve.normalize().multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)
 
 // 讓質量大的鳥慢下來
 this.ve.add(this.ac.divideScalar(this.mass))
 this.po.add(this.ve) 
 
 // ...
  
}
 
複製代碼

就是先忽略到本身，若是搜尋了那些過於接近的鳥，則把計算出的轉向力累加到加速度上。注意的是，對於過於接近的判斷其實還有個附加條件，就是在視場內。上面的代碼並無加上這個條件，不過也能模擬的較好，我就沒寫=w=，鳥的視場一般是180度的，是否在180度內，知足的是 this.ve.dot(this.po.clone().sub(bird.po)) < 0, 對視野和其餘數值進行調整，都會造成不同的羣落效果。

咱們還能夠疊加多層的信息生成更復雜的模擬。這裏的鳥都是一類鳥，能夠添加一個老鷹對象，若是小鳥和老鷹的距離超過了必定閾值小鳥就會立馬逃跑。要模擬這種狀況，只要再添加一種逃離的行爲到整個系統中，這種行爲還會致使小鳥的總轉向力，速度所有上升。

3d鳥羣

3d demo

3d的實現和2d其實原理相似，惟一要注意的地方就是對象須要往目標方向的轉向問題，這一般會使用四元數來進行處理，代碼關鍵就是

this.rot.setFromQuaternion(
      new THREE.Quaternion().setFromUnitVectors(new THREE.Vector3(0, 1, 0), new THREE.Vector3(this.ve.x, this.ve.y, this.ve.z).normalize())
    )
    
 this.rotation.copy(new THREE.Euler(this.rot.x,this.rot.y,this.rot.z))
複製代碼

參考

• www.red3d.com/cwr/boids/