基於 HTML5 WebGL 構建智慧城市 3D 場景

前言

隨著城市規模的擴大，傳統的方式很難徹底地展示城市的全貌，但隨著 3D 技術的應用，出現了 3D 城市群的方式以動態，互動式地把城市全貌呈現出來。配合智慧城市系統，通過 Web 視覺化的方式，使得城市管理者可以更及時地瞭解交通情況，城市消防，電力管理等方面的執行情況，做出處理。

本 demo 使用 HT for Web 產品輕量化 HTML5/WebGL 建模的方案，傳統的 智慧樓宇/樓宇自動化/樓宇安防/智慧園區 常會採用 BIM（建築資訊模型 Building information modeling）軟體，如 Autodesk 的 Revit 或 Bentley 這類建築和工程軟體，但這些 BIM 建模模型的資料往往過於龐大臃腫，絕大部分細節資訊對樓宇自控意義不大，反而影響拖累了行業 Web SCADA 或 Web 組態監控的趨勢，所以我們採用以 Hightopo 的 HT for Web 產品輕量化 HTML5/WebGL 建模的方案，實現快速建模、執行時輕量化到甚至手機終端瀏覽器即可 3D 視覺化運維的良好效果。

demo 地址：智慧城市

預覽圖：

程式碼實現

載入 3d 場景

新建一個 3d 場景，並加入到頁面中。

const g3d = new ht.graph3d.Graph3dView();
const dm3d = g3d.dm();
g3d.addToDOM();

addToDOM 函式預設將場景載入到 body 中並填充視窗。

接下來反序列化城市場景 json，並在反序列化函式的回撥中設定了場景的視角，中心位置，天空盒，並獲得各圖元資訊，呼叫 startAnim 函式：

g3d.deserialize('scenes/ny.json', () => {
  g3d.setEye([1132.8386351821287, 1916.836416970022, 1479.5345608290288]);
  g3d.setCenter([519.9741236104874, 273.4741921410557, -319.58669041297884]);
  g3d.setSkyBox(dm3d.getDataByTag('skyBox'));
   
  // 獲取擴散效果的圖元
  scaleList.push(
      dm3d.getDataByTag('scaleBlue'),
      dm3d.getDataByTag('scaleRed')
  );
  ···
   
  // 開始動畫
  startAnim();
});

動畫實現

載入後的城市場景如下圖所示：

我們可以看到場景中有藍黃水波紋效果，道路，消防通道的流動效果，上下浮動的效果和旋轉的 logo 和衛星。

動畫的實現均通過 ht.Default.startAnim 實現的，先來了解一下：

ht.Default.startAnim({
  // 動畫幀數
  frames: 12,
  // 動畫幀間隔毫秒數
  interval: 10,
  // 動畫緩動函式，預設採用 ht.Default.animEasing
  easing: function(t){ return t * t; },
  // 動畫結束後呼叫的函式
  finishFunc: function(){ console.log('Done!') },
  // action 函式必須提供，實現動畫過程中的屬性變化
  action: function(v, t){
    // 此例子展示將節點 node 從位置 p1 動畫到位置 p2
    node.setPosition(
        p1.x + (p2.x - p1.x) * v,
        p1.y + (p2.y - p1.y) * v
    );
  }
});

以上為 Frame-Based 方式動畫， 這種方式使用者通過指定 frames 動畫幀數，以及 interval 動畫幀間隔引數控制動畫效果。

ht的動畫手冊可以參照：動畫手冊

下面依次介紹各個效果的實現。

1. 波紋效果

預覽圖：

程式碼：

function waveScale(obj, dlt, max, min) {
  obj.forEach(node => {
    // 擴散半徑增加
    let s = node.getScaleX() + dlt;
    // 擴散半徑大於最大值的時候, 重置為最小值
    if (s >= max) s = min;
    // 設定 x,y,z 方向的縮放值
    node.setScale3d(s, s, s);
  });
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
　　　 // 擴散藍和擴散紅
      waveScale(scaleList, dltScale, maxScale, minScale);
    }
  });
}

2. 旋轉效果

預覽圖：

程式碼：

function rotateAction(obj, dlt) {
  // 獲取圖元旋轉弧度值，沒有就置零
  let rotation = obj.getRotation() || 0;
  // 每幀弧度增加
  obj.setRotation(rotation + dlt);
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
      // 衛星轉動
      rotateAction(star, dltRoattion);
    }
  });
}

3. 流動效果

預覽圖：

流動效果是非常常見的效果，實現的過程也較為簡單，只需要動態地去改變 uv 貼圖的偏移值即可。在本例中，通過對模型六面的貼圖的 U 方向實施動態增減實現了多個流動效果：

function uvFlow(obj, dlt) {
  // 改變貼圖 uv 座標實現流動效果
  let offset = obj.s('all.uv.offset') || [0, 0];
  obj.s('all.uv.offset', [offset[0] + dlt, offset[1]]);
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
      // 小路流動效果
      uvFlow(roadSmall, dltRoadSmall);
    }
  });
}

4. 浮動效果

預覽圖:

程式碼：

function blockFloat(obj, dis, dlt) {
  obj.forEach(node => {
    let startE = node.a('startE');
    if (startE == null)
    // 獲得圖元在 y（高度）方向上的值
      node.a('startE', startE = node.getElevation());
    let float = node.a('float') || 0;
    // 設定 status 為方向
    let status = node.a('status') || 1;
    node.setElevation(startE + dis * float);
    if (float > 1 || float < 0)
    // 超出閥值則改變方向
      node.a('status', status = -status);
    float += dlt * status;
    // 重新設定圖元高度
    node.a('float', float);
  });
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
      // 消防標誌浮動效果
      blockFloat(fireFloatList, fireFloadDis, fireFloatDlt)
    }
  });
}

這樣，一個基本的效果就實現了。

HT 的 3D 城市群方案不僅可以在大屏上有良好的效果，在移動端也有著不錯的體驗，這使得城市管理者不管何時何地都能獲取到實時的監控資訊，這裡放兩張在移動端瀏覽器上的預覽圖給大家體驗一下：

 

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