51工具盒子

依楼听风雨
笑看云卷云舒,淡观潮起潮落

一文掌握你所需Threejs3D全景预览

  我们经常会在一些景区、展厅、酒店民宿的宣传页面上,或者卖房看房网站,都能频繁的看到各种3D全景预览的网页效果,这样就可以如临其境般的看到所在场景的360度范围内的各种事物;那么,这样的效果是如何来实现的呢,本文我们就来探讨一下其中所有的技术实现细节,本文干货满满,记得点赞+收藏。

环境搭建 {#环境搭建}

阅读本文需要一定的Threejs基础。

全景素材 {#全景素材}

  首先什么是全景图呢?全景图是一种实景360°全方位的平面图像,需要用特殊的工具来查看才能达到360°环绕的效果,比如用我们的Threejs。

全景图

  比如上面的这张照片,就是一张全景照片,将整个房间前后左右上下都拍摄进来,如果用肉眼看的话,整个房间弯弯曲曲的,没有什么特别的地方;那么,这样的照片是如何来拍摄的呢?

  打开你的手机相机,点击更多,里面一般会有一个全景相机的选项,然后站起身来,转一圈,你就能得到一张完整的全景图片了。

手机拍摄全景

  当然开个玩笑,这样拍摄,除非你的手稳定得如同工厂里的机械臂一样,并且能够保持身体的平衡;一般拍摄出来的相片只能粗略的看看即可;专业的拍摄设备需要用到单反+三脚架+云台,拍摄后还需要专业的后期处理和拼接,比较麻烦;当然我们也可以从网上一些资源下载:

全景图下载

  近些年,随着个人vlog的兴起,各种消费级的拍摄设备和工具也迅速发展,全景相机、运动相机等产品不断更新迭代,已经能够带来很多非常好玩的拍摄体验了;比如这款Insta360 ONE X2在拍摄时就可以选择360°全景照片模式,轻轻一按,就可以得到一张满意的全景图了。

Threejs封装 {#Threejs封装}

  要实现全景图,首先我们来对Threejs的场景布局进行一个简单的封装,引入Threejs中所需要用到的组件:

|------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | hljs javascript import { Scene, WebGLRenderer, PerspectiveCamera, Vector3, PCFSoftShadowMap, Color, Clock, AxesHelper, LinearToneMapping, } from "three"; import Stats from "stats.js"; import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls"; |

  将一些用到的默认配置定义到config中,这里将div的id设置为webgl-output,因此我们只需要在页面添加一个div并将id设置即可。

|---------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | hljs javascript // 默认的配置 const DEFAULT_CONFIG = { domId: "webgl-output", initPosition: new Vector3(20, 10, 10), fov: 60, near: 1, far: 10000, rendererOptions: {}, // 背景颜色 clearColor: new Color(0x94959a), // 是否显示Stats showStats: false, // AxesHelper helper: 0, // 曝光值 exposure: 1, // 启用阻尼(惯性) enableDamping: true, }; |

  我们定义一个Stage父类,将业务逻辑定义到子类,继承该类即可:

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  这里render函数每次都会周期性的执行,一些周期性的渲染都会放到这里进行处理;如果子类也需要渲染,避免命名重复,我们将子类的渲染定义到beforeRender函数中。

  渲染器相当于是一个画布,我们对其进行更精细的设置,开启阴影、设置背景颜色等。

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  在使用时Stage时,由于render函数已经被占用了,我们重新设置一个beforeRender函数,在每次render调用时调用。

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  子类必须放到dom元素渲染完成后实例化。

场景背景 {#场景背景}

  将环境贴图设置到场景scene的背景也能实现全景图的功能,这种方式实现起来也是最简单的;将相机放在整个场景的中心,当相机移动时,背景图片也随之移动。

  构建一个CubeTextureLoader加载器实例,将六个面的贴图通过加载器载入,顺序为[right,left,up,down,front,back],然后直接设置到背景即可。

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全景场景

查看全景效果

  上面的顺序大家可能记不住,我们仔细查看px,nx的顺序会发现,是按照x、y、z轴的顺序,p表示positive正面,n表示negative反面,因此px也就是右侧了,nx就是左侧。

  这种方式相较于下面两种盒子的好处,就是实现起来简单,而且鼠标缩放不会暴露盒子的原型,不会出圈;但是缺点也明显,不能缩放查看背景的细节之处,也不能控制视角的距离,

全景球 {#全景球}

  全景球则是首先创建一个球形,直接将一张全景图直接作为素材贴上。

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  这里我们将球的半径设置为500,如果太小了,缩放时也会出圈;这里的sphereGeometry.scale(-1, 1, 1)其实相当于sphereGeometry.scale.x = -1,将贴图沿着x轴进行翻转。

查看全景球效果

  全景球的方式只能用全景图,一般全景图的大小都达到几兆甚至几十兆,因此实际使用时需要对图片进行压缩;或者通过先加载一张模糊图再加载高清图的方式,加载两张图片来避免用户长时间等待,因此这种方式对网络有一定的要求。

天空盒 {#天空盒}

  天空盒的思路和上面全景球相同,只不过将SphereGeometry球形换成了BoxGeometry正方形;贴图也由一张全景图,变成了盒子六个面的贴图;六个面的贴图相较于一张全景图,可以利用浏览器的并行加载能力,提高加载速度。

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  整体的思路和上面两种方式有些类似,只不过Mesh传参的材质由原来的一个材质变成了材质数组;然后还是将mesh对象沿X轴进行翻转。

查看天空盒效果

导航标签 {#导航标签}

  环境搭建好之后,我们会看到有一些网站上,物体周围有一些可点击的悬浮标签,或者鼠标悬浮后有一些提示的文案,这种导航标签是如何来实现的呢?这里就需要介绍一下Threejs的精灵对象Sprite,它是一个永远面向相机的平面,我们通常用它来显示一些标签;我们看下他的构造函数:

|-----------|---------------------------------------------------| | 1 | hljs javascript Sprite(material: Material) |

  这里的material是SpriteMaterial的一个实例,也就是将材质传进来,我们来看下具体的用法

添加锚点 {#添加锚点}

  我们首先定义好锚点的数据,在哪些位置需要标注的,这一步也可以利用dat.gui不断调整XYZ轴的位置:

|------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | hljs javascript const posList = [ { x: -5, y: -4, z: -14, content: "床", }, { x: -20, y: -5, z: -9, content: "沙发", }, { x: 10, y: -6, z: 12, content: "冰箱", }, ]; |

  从上面的构造函数看出Sprite的构建不需要几何图形,如果是没有任何文案的简单锚点,我们可以将一张png图片设置为精灵材质SpriteMaterial的贴图,然后循环构建多个Sprite添加到场景中去。

|---------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | hljs javascript const spriteMaterial = new SpriteMaterial({ map: textureLoader.load("/images/icon/position.png") }); posList.map((item) => { const { x, y, z } = item; const sprite = new Sprite(spriteMaterial); sprite.position.set(x, y, z); this.scene.add(sprite); }); |

  这样就能看到多个锚点固定漂浮在某个位置了。

锚点漂浮

锚点文字 {#锚点文字}

  我们还会看到一些锚点旁边有文案标识,事情就开始变得复杂起来了;由于Threejs中不能添加div,因此我们有两种方式可以来实现这样的效果;首先是使用canvas绘制文字,并作为纹理设置为SpriteMaterial的map属性。

|---------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | hljs javascript const createSpriteLabel = (txt, x, y, z) => { const canvas = document.createElement("canvas"); canvas.setAttribute("width", "286px"); canvas.setAttribute("height", "112px"); const ctx = canvas.getContext("2d"); ctx.fillStyle = "#FF0000"; ctx.lineWidth = 4; const textMetrics = ctx.measureText(txt); ctx.fillText(txt, (canvas.width - textMetrics.width) / 2, 55); const texture = new Texture(canvas); texture.needsUpdate = true; const spriteMaterial = new SpriteMaterial({ map: texture, }); const sp = new Sprite(spriteMaterial); sp.scale.set(4, 2, 1); sp.position.set(x, y, z); return sp; }; |

  我们创建一个canvas画布,设置画笔的颜色粗细,然后绘制文案,将canvas传入Texture,然后作为map属性构建了SpriteMaterial。

canvas的方式一般用来画图形简单、内容格式较为固定的Sprite标签。

  另一种方式就是使用CSS2DRenderer(CSS 2D渲染器),这个组件听着非常高深,其实来说很简单,就是在页面最外层插入一个div,然后将我们所需要的渲染dom节点插入到这个div中,渲染我们熟悉的HTML元素;当相机旋转时,实时更新每个dom节点的位置即可;同时场景放大缩小时,不会缩放标签的大小,可以触发DOM点击事件;我们如果打开开发者工具查看,可以看到body最下面有一个div,嵌套了多个子标签。

CSS2DRenderer渲染

|-----------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 | hljs javascript import { CSS2DRenderer, CSS2DObject } from "three/examples/jsm/renderers/CSS2DRenderer"; |

  CSS2DRenderer是Threejs提供的扩展库,我们需要额外从渲染器的包中引入CSS2DRenderer和它的模型对象CSS2DObject;由于要新建一个渲染器,我们对封装的Stage类进行改造,

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  CSS2DRenderer渲染器和WebGLRenderer有些类似,也都有setSize和render方法,我们需要把实例化的domElement添加到body中来;CSS2DRenderer也需要实时更新,因此我们也需要在render函数中对其进行渲染

  我们还是和上面的Sprite锚点一样,循环创建div标签,添加到场景scene中;

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查看标签效果

  我们发现,上面创建完div后,通过div标签创建了CSS2DObject的实例对象,然后设置XYZ轴坐标;这个对象的作用就是将Threejs中的坐标与屏幕的坐标进行转换,进行实时的渲染。

标签效果

锚点触发事件 {#锚点触发事件}

  锚点加上后,我们需要对其进行触发事件的绑定,如果使用CSS2DRenderer渲染器的方式,由于是dom元素,我们直接给元素绑定原生事件即可:

|---------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | hljs javascript // 创建div容器 const laberDiv = document.createElement("div"); // 绑定点击事件 laberDiv.addEventListener("click", (ev) => { console.log("ev", ev); }); // 绑定悬浮事件 laberDiv.addEventListener("mouseover", (ev) => { console.log("ev", ev); }); const pointLabel = new CSS2DObject(laberDiv); |

  我们可以进行后续的业务逻辑,比如场景切换了,或者弹框展示详细信息等;而使用Sprite,由于所有的物体都在Threejs的场景中,我们不能简单的利用绑定点击事件来触发,Sprite也没有addEventListener事件。

  因此用到一个光线投射类:Raycaster,这个类用于进行鼠标拾取,也就是在三维空间中计算出鼠标移动或点击时,划过了什么物体。

  它的原理是从鼠标处发射一条射线,穿过场景中的物体,通过计算,找出与射线相交的物体,因此这种方法也叫射线追踪法;我们来看下它的一个用法,

|------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | hljs javascript class Panorama extends Stage { constructor() { this.raycaster = new Raycaster(); this.mouse = new Vector2(); this.list = []; posList.map((item) => { this.list.push(sprite); }) } } |

  我们实例化Raycaster,新建一个二维的点mouse,这个点下面会用来存储鼠标移动的二维坐标;然后将Sprite放到数组list中,用于Raycaster检测照射到了场景中的哪些物体;当然我们下面也能照射整个场景scene.children下的所有物体,但是有一些物体不是我们想要的,需要额外的判断,因此可以将需要照射物体存到数组中来。

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  我们详细看下这里的逻辑,首先通过event来计算mouse的XY轴坐标,由于setFromCamera需要归一化的坐标值,因此我们计算时将其处理为[-1, 1]范围内的值。setFromCamera方法通过摄像机和鼠标位置更新射线,接收mouse和camera对象;更新射线后就可以使用intersectObject函数来拾取对象了,接收的intersects数组就是拾取到的Mesh合集。

  我们发现Sprite和CSS2DRenderer两种方式各有利弊,Sprite虽然添加元素方便,但是canvas绘制图形比较麻烦,同时触发事件也繁琐;而CSS2DRenderer添加元素较为复杂,需要用到一系列原生属性,但是触发事件方便,具体使用哪种方式,还需要结合业务场景,选择合适的方式。

场景动画 {#场景动画}

  我们有时候会看到这样的俯视效果的场景动画,那么这种效果是如何来实现的呢?

场景动画

  首先这种效果就需要用到全景球的SphereGeometry球形,然后将摄像机的位置放到球体的最顶部。

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  我们这里将initPosition,也就是摄像机的初始位置,放到了Y轴500的位置,由于球体的半径也是500,因此就位于球体内部的最顶上,接下来我们只需要将摄像机的位置缓慢下移就可以。

  这里引入一个补间动画库tween.js,让我们可以用平滑的方式更改对象的属性,只需要告诉它初始值、最终值以及所需要花费的时间,在这段时间里,tween.js会帮我们自动计算出每个时间点,应该设置为什么样的值。

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  它的用法也很简单,这里通过链式调用,创建一个Tween对象,设置y的结束位置和动画时间4000毫秒;在onUpdate函数中,设置每次更新后的y实时数值,最后调用start函数激活tween。需要注意的是,还要在render函数中调用Tween.update更新。

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  当然这样的镜头最后会比较生硬,我们还可以调用摄像头的lookAt,当镜头下降时,逐渐看向远方;初始化也设置一个大的广角fov为100,当镜头下降时,缩小fov的值,这样效果过渡的更加自然。

查看场景动画效果

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