基於 WebGl HTML5 的 3D 視覺化機房

前言

用 WebGL 渲染的 3D 機房現在也不是什麼新鮮事兒了，這篇文章的主要目的是說明一下，3D 機房中的 eye 和 center 的問題，剛好在專案中用上了，好生思考了一番，最終覺得這個例子最符合我的要求，就拿來作為記錄。

demo演示地址：http://hightopo.com/demo/3DRoom/index.html

效果圖：

這個 3D 機房的 Demo 做的還不錯，比較美觀，基礎的互動也都滿足，接下來看看怎麼實現。

程式碼生成

定義類

首先從 index.html 中呼叫的 js 路徑順序一個一個開啟對應的 js，server.js 中自定義了一個 Editor.Server 類由 HT 封裝的 ht.Default.def 函式建立的（注意，建立的類名 Editor.Server 前面的 Editor 不能用 E 來替代）：

ht.Default.def('Editor.Server', Object, { // 第一個引數為類名，如果為字串，自動註冊到 HT 的 classMap 中；第二個引數為此類要繼承的父類；第三個引數為方法和變數的宣告
    addToDataModel: function(dm) { // 將節點新增進資料容器
        dm.add(this._node); // ht 中的預定義函式，將節點通過 add 方法新增進資料容器中
    },
    setHost: function() { // 設定吸附
        this._node.setHost.apply(this._node, arguments); 
    },
    s3: function() { // 設定節點的大小
        this._node.s3.apply(this._node, arguments);
    },
    setElevation: function() { // 控制Node圖元中心位置所在3D座標系的y軸位置
        this._node.setElevation.apply(this._node, arguments);
    }
});

建立 Editor.Server 類

這個類可以建立一個 ht.Node 節點，並設定節點的顏色和前面貼圖：

var S = E.Server = function(obj) { // 伺服器元件
    var color = obj.color, 
        frontImg = obj.frontImg;

    var node = this._node = new ht.Node(); // 建立節點
    node.s({ // 設定節點的樣式 s 為 setStyle 的縮寫
        'all.color': color, // 設定節點六面的顏色
        'front.image': frontImg // 設定節點正面的圖片
    });
};

這樣我在需要建立伺服器元件的位置直接 new 一個新的伺服器元件物件即可，並且能夠直接呼叫我們上面宣告的 setHost 等函式，很快我們就會用上。

接下來建立 Editor.Cabinet 機櫃類 ，方法跟上面 Editor.Server 類的定義方法差不多：

ht.Default.def('Editor.Cabinet', Object, {
    addToDataModel: function(dm) {
        dm.add(this._door);
        dm.add(this._node);
        this._serverList.forEach(function(s) { 
            s.addToDataModel(dm); 
        });
    },
    p3: function() { 
        this._node.p3.apply(this._node, arguments); // 設定節點的 3d 座標
    }
});

建立 Editor.Cabinet 類

這個類相對於前面的 Editor.Server 伺服器元件類要相對複雜一點，這個類中建立了一個櫃身、櫃門以及機櫃內部的伺服器元件：

var C = E.Cabinet = function(obj) {
    var color = obj.color,
        doorFrontImg = obj.doorFrontImg,
        doorBackImg = obj.doorBackImg,
        s3 = obj.s3;

    var node = this._node = new ht.Node(); // 櫃身
    node.s3(s3); // 設定節點的大小為 setSize3d
    node.a('cabinet', this); // 自定義 cabinet 屬性
    node.s({ // 設定節點的樣式為 setStyle
        'all.color': color, // 設定節點六面的顏色
        'front.visible': false // 設定節點前面是否可見
    });

    if (Math.random() > 0.5) {
        node.addStyleIcon('alarm', { // 向節點上新增 icon 圖示
            names: ['icon 溫度計'], // 包含多個字串的陣列，每個字串對應一張圖片或向量(通過 ht.Default.setImage 註冊)
            face: 'top', // 預設值為 front，圖示在 3D 下的朝向，可取值 left|right|top|bottom|front|back|center
            position: 17, // 指定 icons 的位置
            autorotate: 'y', // 預設值為 false，圖示在 3D 下是否自動朝向眼睛的方向
            t3: [0, 16, 0], // 預設值為 undefined，圖示在 3D 下的偏移，格式為[x,y,z]
            width: 37, // 指定每個 icon 的寬度，預設根據註冊圖片時的寬度
            height: 32, // 指定每個 icon 的高度，預設根據註冊圖片時的高度
            textureScale: 4, // 預設值為 2，該值代表記憶體實際生成貼圖的倍數，不宜設定過大否則影響效能
            visible: { func: function() { return !!E.alarmVisible; }} // 表示該組圖片是否顯示
        });
    }

    var door = this._door = new ht.DoorWindow(); // 櫃門
    door.setWidth(s3[0]); // 置圖元在 3D 拓撲中的 x 軸方向的長度
    door.setHeight(1); // 設定圖元在 3D 拓撲中的 z 軸長度
    door.setTall(s3[1]); // 控制 Node 圖元在 y 軸的長度
    door.setElevation(0); // 設定圖元中心在 3D 座標系中的y座標
    door.setY(s3[2] * 0.5); // 設定節點在 y 軸的位置
    door.setHost(node); // 設定吸附
    door.s({ // 設定節點樣式 setStyle
        'all.color': color, // 設定節點六面顏色
        'front.image': doorFrontImg, // 設定節點正面圖片
        'front.transparent': true, // 設定節點正面是否透明
        'back.image': doorBackImg, // 設定節點背面的圖片
        'back.uv': [1,0, 1,1, 0,1, 0,0], // 自定義節點後面 uv 貼圖，為空採用預設值 [0,0, 0,1, 1,1, 1,0]
        'dw.axis': 'right' // 設定 DoorWindow 圖元展開和關閉操作的旋轉軸，可取值 left|right|top|bottom|v|h
    });

    var serverList = this._serverList = []; 
    var max = 6,
        list = E.randomList(max, Math.floor(Math.random() * (max - 2)) + 2); // global.js 中宣告的獲取隨機數的函式 
    var server, h = s3[0] / 4;
    list.forEach(function(r) {
        var server = new E.Server({ // 伺服器元件
            color: 'rgb(51,49,49)',
            frontImg: '伺服器 元件精細'
        });
        server.s3(s3[0] - 2, h, s3[2] - 4); // 設定節點大小
        server.setElevation((r - max * 0.5) * (h + 2)); // 設定節點中心點在 y 軸的座標
        server.setHost(node); // 設定節點的吸附

        serverList.push(server); // 向 serverList 中新增 server 節點
    });
};

上面程式碼中唯一沒提到的是 Editor.randomList 函式，這個函式是在 global.js 檔案中宣告的，宣告如下：

var E = window.Editor = {
    leftWidth: 0,
    topHeight: 40,
    randomList: function(max, size) {
        var list = [], ran;
        while (list.length < size) {
            ran = Math.floor(Math.random() * max);
            if (list.indexOf(ran) >= 0) 
                continue;
            list.push(ran);
        }
        return list;
    }
};

好了，場景中的各個部分的類都建立完成，那我們就該將場景建立起來，然後將這些圖元都堆進去！

介面設計

場景建立

如果熟悉的同學應該知道，用 HT 建立一個 3D 場景只需要 new 一個 3D 元件，再將通過 addToDOM 函式將這個場景新增進 body 中即可：

var g3d = E.main = new ht.graph3d.Graph3dView(); // 3d 場景

main.js 檔案中主要做的是在 3D 場景中一些必要的元素，比如牆面，地板，門，空調以及所有的機櫃的生成和排放位置，還有非常重要的互動部分。

牆體，地板，門，空調和機櫃的建立我就不貼程式碼出來了，有興趣的請自行檢視程式碼，這裡主要說一下雙擊機櫃以及與機櫃有關的任何物體（櫃門，伺服器裝置）則 3D 中 camera 的視線就會移動到雙擊的機櫃的前方某個位置，而且這個移動是非常順滑的，之前技藝不精，導致這個部分想了很久，最後參考了這個 Demo 的實現方法。

為了能夠重複地設定 eye 和 center，將設定這兩個引數對應的內容封裝為 setEye 和 setCenter 方法，setCenter 方法與 setEye 方法類似，這裡不重複贅述：

// 設定眼睛位置
var setEye = function(eye, finish) {
    if (!eye) return;
    var e = g3d.getEye().slice(0), // 獲取當前 eye 的值
        dx = eye[0] - e[0],
        dy = eye[1] - e[1],
        dz = eye[2] - e[2];
    // 啟動 500 毫秒的動畫過度
    ht.Default.startAnim({
        duration: 500,
        easing: easing, // 動畫緩動函式
        finishFunc: finish || function() {}, // 動畫結束後呼叫的函式
        action: function(v, t) { // 設定動畫 v 代表通過 easing(t) 函式運算後的值，t 代表當前動畫進行的進度[0~1]，一般屬性變化根據 v 引數進行
            g3d.setEye([ //設定 3D 場景中的 eye 眼睛的值，為一個陣列，分別對應 x，y，z 軸的值 
                e[0] + dx * v,
                e[1] + dy * v,
                e[2] + dz * v
            ]);
        }
    });
};

我沒有重複宣告 setCenter 函式不代表這個函式不重要，恰恰相反，這個函式在“視線”移動的過程中起到了決定性的作用，上面的 setEye 函式相當於我想走到我的目標位置的前面（至少我定義的時候是這種用途），而 setCenter 的定義則是將我的視線移到了目標的位置（比如我可以站在我現在的位置看我右後方的物體，也可以走到我右後方去，站在那個物體前面看它），這點非常重要，請大家好好品味一下。

雙擊事件倒是簡單，只要監聽 HT 封裝好的事件，判斷事件型別，並作出相應的動作即可：

g3d.mi(function(e) { // addInteractorListener 事件監聽函式
    if (e.kind !== 'doubleClickData') // 判斷事件型別為雙擊節點
        return;
    var data = e.data, p3;

    if (data.a('cabinet')) // 機身
        p3 = data.p3();
    else {
        host = data.getHost(); // 獲取點選節點的吸附物件
        if (host && host.a('cabinet')) { // 如果吸附物件為 cabinet
            p3 = host.p3();
        }
    }

    if (!p3) return;

    setCenter(p3); // 設定 center 目標的要移向位置為 cabinet 的位置
    setEye([p3[0], 211, p3[2] + 247]); // 設定 eye 眼睛要移向的位置
});

頂部導航欄

一開始看到這個例子的時候我在想，這人好厲害，我用 HT 這麼久，用 HT 的 ht.widget.Toolbar 還沒能做出這麼漂亮的效果，看著看著發現這原來是用 form 表單做的，厲害厲害，我真是太愚鈍了。

var form = E.top = new ht.widget.FormPane(); // 頂部 表單元件
form.setRowHeight(E.topHeight); // 設定行高
form.setVGap(-E.topHeight); // 設定表單元件水平間距 設定為行高的負值則可以使多行處於同一行
form.setVPadding(0); // 設定表單頂部和頂部與元件內容的間距
form.addRow([null, { // 向表單中新增一行元件，第一個引數為元素陣列，元素可為字串、json 格式描述的元件引數資訊、html 元素或者為 null
    image: {
        icon: './symbols/inputBG.json',
        stretch: 'centerUniform'
    }
}], [40, 260]); // 第二個引數為每個元素寬度資訊陣列，寬度值大於1代表固定絕對值，小於等於1代表相對值，也可為80+0.3的組合
form.addRow([null, null, {
    id: 'searchInput',
    textField: {}
}, {
    element: '機房視覺化管理系統',
    color: 'white',
    font: '18px arial, sans-serif'
}, null, {
    button: {
        // label: '檢視切換',
        icon: './symbols/viewChange.json',
        background: null,
        selectBackground: 'rgb(128,128,128)',
        borderColor: 'rgba(0, 0, 0, 0)',
        onClicked: function() {
            E.focusTo();
        }
    }
}, null, {
    button: {
        // label: '告警',
        icon: './symbols/alarm.json',
        togglable: true,
        selected: false,
        background: null,
        selectBackground: 'rgb(128,128,128)',
        borderColor: 'rgba(0, 0, 0, 0)',
        onClicked: function(e) {
            E.setAlarmVisible(this.isSelected());
        }
    }
}, null], [40, 42, 218, 300, 0.1, 50, 10, 50, 10]);

以上都只是能實現，但是並沒有真正地新增進 html 標籤中，也就意味著，現在介面上什麼都沒有！別忘了在頁面載入的時候將 3D 場景新增進 body 中，同時也別忘了將 form 表單新增進 body 中，並且設定視窗大小變化事件時，form 表單也需要實時更新：

window.addEventListener('load', function() {
    g3d.addToDOM(); // 將 3D 場景新增進 body 中

    document.body.appendChild(E.top.getView()); //將 form 表單元件底層 div 新增進 body 中

    window.addEventListener('resize', function() { // 視窗大小變化事件監聽
        E.top.iv(); // 更新 form 表單的底層 div 
    });
});

這裡說明一下 addToDOM 函式，對於瞭解 HT 的機制非常重要。HT 的元件一般都會嵌入 BorderPane、SplitView 和 TabView 等容器中使用，而最外層的 HT 元件則需要使用者手工將 getView() 返回的底層 div 元素新增到頁面的 DOM 元素中，這裡需要注意的是，當父容器大小變化時，如果父容器是 BorderPane 和 SplitView 等這些 HT 預定義的容器元件，則 HT 的容器會自動遞迴呼叫孩子元件invalidate 函式通知更新。但如果父容器是原生的 html 元素， 則 HT 元件無法獲知需要更新，因此最外層的 HT 元件一般需要監聽 window 的視窗大小變化事件，呼叫最外層元件 invalidate 函式進行更新。

為了最外層元件載入填充滿視窗的方便性，HT 的所有元件都有 addToDOM 函式，其實現邏輯如下，其中 iv 是 invalidate 的簡寫：

addToDOM = function(){   
    var self = this,
        view = self.getView(),   
        style = view.style;
    document.body.appendChild(view); // 將場景的底層 div 新增進 body 中           
    style.left = '0'; // HT 預設將所有的元件底層 div 的 position 設定為 absolute
    style.right = '0';
    style.top = '0';
    style.bottom = '0';      
    window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false); // 視窗大小變化監聽事件，通知元件變化更新          
}

這樣，所有的程式碼就結束了，可以自己右鍵“檢查”，network 中可以獲取相對應的 json 檔案。