基於 WebGL 的 CSG 構造實體幾何書架

CSG 構造實體幾何這個概念在工業水利水電施工上、遊戲上已經有很多人使用了，最簡單的實體表示叫作體元，通常是形狀簡單的物體，如立方體、圓柱體、稜柱、稜錐、球體、圓錐等。根據每個軟體包的不同這些體元也有所不同，在一些軟體包中可以使用彎曲的物體進行 CSG 處理，在另外一些軟體包中則不支援這些功能。構造物體就是將體元根據集合論的布林邏輯組合在一起，這些運算包括：並集、交集以及補集。我們一般可以用 CSG 來將簡單的模型合在一起生成複雜的模型，這樣在構造模型的時候會省很多力。

HT 中的 ht.CSGNode 圖元型別就是參考 CSG 封裝的一個函式，ht.CSGNode 繼承於 ht.Node，當 style 的 shape3d 屬性為空時顯示為六面體效果，CSGNode如果通過 setHost 吸附到 宿主 CSGNode 或 CSGShape 後，宿主 CSGNode 或 CSGShape 可與吸附的CSGNode圖元進行CSG的組合建模。詳情請參考 HT for Web 建模手冊 CSGNode 章節。這裡我用 CSG 的概念寫了一個例子，讓大家能更好地理解這個概念。

本例 Demo 地址： http://hightopo.com/guide/guide/plugin/modeling/examples/example_bookshelf.html

先來看下效果圖：

從上面效果圖可以看到，我們將介面分為三個部分，這三個部分先是右邊部分上下分割，然後將整個介面左右分割，HT 用封裝好的 ht.widget.SplitView 進行介面的分割，然後將分割元件新增進底層 div 中：

dm = new ht.DataModel(); // 資料模型            
treeView = new ht.widget.TreeView(dm); // 樹元件                                                                                                 
gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); // 3D 元件  
gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6); // 分割元件 
mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);   
                
view = mainSplit.getView();  
view.className = 'main';
document.body.appendChild(view);    
window.addEventListener('resize', function (e) {
    mainSplit.invalidate();
}, false);                         

上面程式碼是一種非常常見的在 HTML 中新增 HT 元件的方法，詳情可參考 HT for Web 入門手冊元件章節。這種方法進行新增 HT 元件有一個需要注意的點，因為 HT 一般都以設定 position 為 absolute 的絕對定位方式，必須設定 left、right、top、bottom 等等基礎 css 樣式，像這樣：

.main {
     margin: 0px;
     padding: 0px;
     position: absolute;
     top: 0px;
     bottom: 0px;
     left: 0px;
     right: 0px;
}

所以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，其思想邏輯如下，其中 iv 是 invalidate 的縮寫：

addToDOM = function(){   
    var self = this,
    view = self.getView(),   
    style = view.style;
    document.body.appendChild(view);            
    style.left = '0';
    style.right = '0';
    style.top = '0';
    style.bottom = '0';      
    window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false);            
}  

以後我們在程式碼中就可以直接呼叫 addToDOM 函式，而不用寫一大堆程式碼了，上面程式碼用 addToDOM 取代之後的程式碼如下，而且不用描繪 css 樣式：

dm = new ht.DataModel(); // 資料模型             
treeView = new ht.widget.TreeView(dm); // 樹元件                                                             
gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); // 3D 元件  
gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6); // 分割元件 
mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);   
mainSplit.addToDOM();

介面分配好之後我們就要對其新增內容了，介面的左邊部分是 HT 封裝的樹元件，我在之前的文章寫到過，樹元件是一個非常方便的繪製樹形關係的元件，開發人員能夠輕鬆地從資料模型 DataModel 中獲取資料和節點之間的關係放到樹上，只需要在樹元件宣告的過程中，將對應的資料模型 DataModel 放進樹元件的引數即可，當然我們還擴充套件了很多跟樹元件有關的函式，非常方便實用，這裡我們只用了 expandAll 函式，將所有物件展開：

treeView = new ht.widget.TreeView(dm); // 樹元件   
treeView.expandAll();

右邊部分上下分為兩部分，都是 3D 場景，就是設定顯示有點不同，其他完全相同，上面的 3D 場景過載了 getVisibleFunc 函式，如果元素的 showMe 屬性為 true，則可視；如果節點為 ht.CSGNode 型別並且節點的 getHost 函式的引數為空，則不可視；其他情況均可視：

gv1.setVisibleFunc(function(data){
    if(data.showMe){
        return true;
    }
    if(data instanceof ht.CSGNode && data.getHost()){
        return false;
    }
    return true;
});

我們先向 3D 場景中新增元素物件，我們先解釋中間的書架，對兩邊的書架有缺的再進行補充。首先我們新增了一個 ht.CSGNode 節點 shelf，作為書架的主節點，其他的節點都是依附於這個節點的，對這個節點設定了位置、大小、名稱以及六個面的顏色，然後新增進資料模型 DataModel：

var shelf = new ht.CSGNode();
shelf.s3(500, 400, 120);
shelf.p3(0, 200, 0);
shelf.setName('shelf1');
shelf.s({
    'all.color': '#E5BB77'
});
dm.add(shelf);

接著向這個 shelf 中新增 10 個節點，做書架的格子效果，並設定依附關係和父子關係新增進資料模型中：

for(var i=0; i<2; i++){
    for(var j=0; j<5; j++){
        var clipNode = new ht.CSGNode();
        clipNode.setHost(shelf);
        clipNode.s3(80, 100, 120);
        clipNode.p3(-200+j*100, 340-i*120, 20);
        clipNode.setName('substract-'+i+'-'+j);
        clipNode.s('batch', 'tt');
        clipNode.setParent(shelf);
        dm.add(clipNode);
    }
}

為了讓書架變得更美觀一點，我們在書架的上下左右都加上了 ht.CSGNode，最後為了更加具象化，我們還新增了一本書，實現方式也差不多，都非常簡單：

var book = new ht.Node();
book.setName('CSS3: The Missing Manual');
book.s3(60, 80, 8);
book.p3(-100, 210, 20);
book.r3(-Math.PI/6, Math.PI/5, 0);
book.setIcon('book');
book.s({
    'front.image': 'book',
    'back.color': 'white',
    'left.color': 'white',
    'all.color': 'gray'
});
book.setHost(shelf);
book.setParent(shelf);
dm.add(book);       

接著左邊的書架也是類似的構建方法，有一點不同的是，這邊有一個 ht.CSGBox 型別，繼承於 ht.CSGNode，其除具備父類 CSGNode 的挖空等功能外，還可對六個面進行旋轉展開關閉的操作，這裡我們的節點只設定了前面的能夠旋轉展開，並且設定了一系列的樣式：

clipNode = new ht.CSGBox();
clipNode.setName('CSGBox-Expand-Left');
clipNode.s3(100, 100, 120);
clipNode.p3(0, 65, 0.1);
clipNode.setHost(shelf);
clipNode.showMe = true;
clipNode.s({
    'all.visible': false, // 6面均不可見
    'front.visible': true, // 前面可見
    'front.toggleable': true, // 允許前面雙擊展開                    
    'front.reverse.flip': true, // 前面的反面顯示正面的內容
    'front.transparent': true, // 前面透明
    'front.end': Math.PI * 0.7, // 前面展開狀態的結束旋轉弧度
    'front.color': 'rgba(0, 50, 50, 0.7)' // 前面顏色
});

可能你們還想知道下面的地球是怎麼做到的？還記得之前的文章寫到過 HT 中設定了 shape3d 屬性，設定這個屬性實際上就是在操作 setShape3dModel(name, model) 和 getShape3dModel(name)，可以通過這個屬性設定為 box|sphere|cylinder|cone|torus|star|rect|roundRect|triangle|rightTriangle|parallelogram|trapezoid 等等模型，這些模型也都是 HT 封裝好的，要使用時直接設定 shape3d 為其中的一個值即可，如這個例子中用到 “shape3d: sphere” 就是設定為球體。我們簡單地用一張地圖圖片包裹在這個球體的外側，當然，這張地圖圖片是先通過 ht.Default.setImage 註冊過的，然後通過 shape3d.image 將圖片附到這個節點上：

earth = new ht.Node();
earth.setName('earth');
earth.s3(70, 70, 70);
earth.p3(0, 50, 0);
earth.s({
    'shape3d': 'sphere',
    'shape3d.image': 'earth'
});
earth.setHost(shelf);  
earth.setParent(shelf);
dm.add(earth);

右邊的書架，同樣也是有一個主節點，其他節點依附於它，但是我們看到這邊換了一個新的節點型別 ht.DoorWindow，ht.DoorWindow 繼承於 ht.CSGNode，其除具備父類 CSGNode 的挖空等功能外，還可進行整體的旋轉展開關閉的操作， 常用於作為門或窗的業務物件，吸附於 CSGNode 或 CSGShape 的 host 作為牆面的圖元。這個節點型別就是 ht.CSGNode 的延展，相對來說就是區分了實際應用而新增了不同的 style 引數，更多的屬性請到 HT for Web 建模手冊 DoorWindow 章節 檢視然後新增到節點中玩玩：

photos = new ht.DoorWindow();
photos.setName('DoorWindow-Photos');
photos.setIcon('ben12');
photos.s3(110, 100, 130);
photos.p3(5, 180, 0);                
photos.setHost(shelf);  
photos.showMe = true;
photos.s({                    
    'bottom.uv': [1,1, 1,0, 0,0, 0,1],
    'bottom.uv.scale': [1, 1],
    'left.uv.scale': [3, 3],
    'top.uv.scale': [2, 2],
    'dw.s3': [0.8, 0.9, 0.05],
    'dw.t3': [0, -5, 0],
    'dw.axis': 'v',
    'dw.toggleable': false,
    'front.image': 'ben1',
    'back.image': 'ben2',
    'all.color': '#F8CE8B'
});
photos.setParent(shelf);
dm.add(photos);

最後，我們將左側的地球 earth 和右側的照片 photo 旋轉起來：

var angle = 0;
setInterval(function(){
    angle += Math.PI/40;
    earth.r3(0, angle, 0);
    photos.s('dw.angle', angle);
}, 50);

我們看到，其實雖然 HT 封裝了很多不同的 CSG 節點型別，但是實際應用都差不多，而且內容也沒有差特別多，差別都是在 style 引數上，但是真的在實際開發中，這種區分就會很大程度上加快開發速度，畢竟名稱一目瞭然，就知道要運用哪些 style 屬性了。