基于 HTML5 WebGL 构建智能城市 3D 场景

前言

随着城市规模的扩大，传统的方式很难彻底地展示城市的全貌，但随着 3D 技术的应用，出现了 3D 城市群的方式以动态，交互式地把城市全貌呈现出来。配合智能城市系统，通过 Web 可视化的方式，使得城市管理者可以更及时地了解交通情况，城市消防，电力管理等方面的运行情况，做出处理。

本 demo 使用 HT for Web 产品轻量化 HTML5/WebGL 建模的方案，传统的智慧楼宇/楼宇自动化/楼宇安防/智慧园区常会采用 BIM（建筑信息模型 Building information modeling）软件，如 Autodesk 的 Revit 或 Bentley 这类建筑和工程软件，但这些 BIM 建模模型的数据往往过于庞大臃肿，绝大部分细节信息对楼宇自控意义不大，反而影响拖累了行业 Web SCADA 或 Web 组态监控的趋势，所以我们采用以 Hightopo 的 HT for Web 产品轻量化 HTML5/WebGL 建模的方案，实现快速建模、运行时轻量化到甚至手机终端浏览器即可 3D 可视化运维的良好效果。

demo 地址：

预览图：

代码实现

加载 3d 场景

新建一个 3d 场景，并加入到页面中。

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

addToDOM 函数默认将场景加载到 body 中并填充窗口。

接下来反序列化城市场景 json，并在反序列化函数的回调中设置了场景的视角，中心位置，天空盒，并获得各图元信息，调用 startAnim 函数：

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'));
  
  // 获取扩散效果的图元
  scaleList.push(
      dm3d.getDataByTag('scaleBlue'),
      dm3d.getDataByTag('scaleRed')
  );
  ···
  
  // 开始动画
  startAnim();
});

动画实现

加载后的城市场景如下图所示：

我们可以看到场景中有蓝黄水波纹效果，道路，消防通道的流动效果，上下浮动的效果和旋转的 logo 和卫星。

动画的实现均通过 ht.Default.startAnim 实现的，先来了解一下：

ht.Default.startAnim({
  // 动画帧数
  frames: 12,
  // 动画帧间隔毫秒数
  interval: 10,
  // 动画缓动函数，默认采用 ht.Default.animEasing
  easing: function(t){ return t * t; },
  // 动画结束后调用的函数
  finishFunc: function(){ console.log('Done!') },
  // action 函数必须提供，实现动画过程中的属性变化
  action: function(v, t){
    // 此例子展示将节点 node 从位置 p1 动画到位置 p2
    node.setPosition( 
        p1.x + (p2.x - p1.x) * v,
        p1.y + (p2.y - p1.y) * v
    );
  }
});

以上为 Frame-Based 方式动画，这种方式用户通过指定 frames 动画帧数，以及 interval 动画帧间隔参数控制动画效果。

ht的动画手册可以参照：

下面依次介绍各个效果的实现。

1. 波纹效果

预览图：

代码：

function waveScale(obj, dlt, max, min) {
  obj.forEach(node => {
    // 扩散半径增加
    let s = node.getScaleX() + dlt;
    // 扩散半径大于最大值的时候, 重置为最小值
    if (s >= max) s = min;
    // 设置 x,y,z 方向的缩放值
    node.setScale3d(s, s, s);
  });
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
　　　 // 扩散蓝和扩散红
      waveScale(scaleList, dltScale, maxScale, minScale);
    }
  });
}

2. 旋转效果

预览图：

代码：

function rotateAction(obj, dlt) {
  // 获取图元旋转弧度值，没有就置零
  let rotation = obj.getRotation() || 0;
  // 每帧弧度增加
  obj.setRotation(rotation + dlt);
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
      // 卫星转动
      rotateAction(star, dltRoattion);
    }
  });
}

3. 流动效果

预览图：

流动效果是非常常见的效果，实现的过程也较为简单，只需要动态地去改变 uv 贴图的偏移值即可。在本例中，通过对模型六面的贴图的 U 方向实施动态增减实现了多个流动效果：

function uvFlow(obj, dlt) {
  // 改变贴图 uv 坐标实现流动效果
  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: () => {
      // 小路流动效果
      uvFlow(roadSmall, dltRoadSmall);
    }
  });
}

4. 浮动效果

预览图:

代码：

function blockFloat(obj, dis, dlt) {
  obj.forEach(node => {
    let startE = node.a('startE');
    if (startE == null)
    // 获得图元在 y（高度）方向上的值
      node.a('startE', startE = node.getElevation());
    let float = node.a('float') || 0;
    // 设置 status 为方向
    let status = node.a('status') || 1;
    node.setElevation(startE + dis * float);
    if (float > 1 || float < 0)
    // 超出阀值则改变方向
      node.a('status', status = -status);
    float += dlt * status;
    // 重新设置图元高度
    node.a('float', float);
  });
}
function startAnim() {
  ht.Default.startAnim({
    frames: Infinity,
    interval: 20,
    action: () => {
      // 消防标志浮动效果
      blockFloat(fireFloatList, fireFloadDis, fireFloatDlt)
    }
  });
}

这样，一个基本的效果就实现了。

HT 的 3D 城市群方案不仅可以在大屏上有良好的效果，在移动端也有着不错的体验，这使得城市管理者不管何时何地都能获取到实时的监控信息，这里放两张在移动端浏览器上的预览图给大家体验一下：