three.js实现数字孪生3D仓库一期(开源)

大家好,本文使用three.js实现了3D仓库一期项目,给出了代码,分析了关键点,感谢大家~

关键词:数字孪生、three.js、Web3D、WebGL、智慧仓库、开源

代码:Github

我正在承接Web3D数字孪生项目,具体介绍可看承接各种Web3D业务

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目录

需求描述

客户想要把两个仓库3D化,方便可视化地查看仓库的内容。未来可以进行搜索之类的操作

需要在PC端、平板、安卓手机、苹果手机的浏览器上运行

实际场景如下图所示:

仓库1有两排柜子:

第一排的柜子都是一样的,其中每个柜子有80个一样的抽屉:

第二排的每个柜子也是一样的,并且不需要显示柜子中的画

仓库2有一排柜子,每个柜子都是一样的:

一期的需求如下:

  • 1比1地还原场景
  • 点击柜子的抽屉,可弹出抽屉,并显示绑定的数据

最终实现效果演示:

下面开始实现各个关键点,给出实现的思路:

建模

我们首先拿着卷尺、激光测距仪,到现场去测量,得到实际场景中的柜子大小、抽屉大小、间隙、仓库大小、柜子在仓库的位置等数据,我们要根据这些数据来1比1建模

现在对仓库1建模,首先要创建仓库:

通过拼接多个立方体(BoxGeometry)来创建墙、门;

通过PlaneGeometry来创建地面,设定它的材质的map来贴上瓷砖。值得注意的是瓷砖的大小要与实际场景一致,这是通过设置map的repeat来实现。瓷砖纹理可以从这里获得

建模后的仓库如下图所示:

仓库由墙、地面、门组成

接着,我们对第一排的一个柜子建模:

我们通过CSG来构造柜体;

因为客户对模型要求较高,所以不用CSG来构造抽屉,而是由美术来建模抽屉。值得注意的是要烘焙抽屉拉口中的阴影到贴图中。另外,本来还想把抽屉之间的AO(抽屉之间是黑色的)也烘焙到ao贴图或者normal贴图中,但美术始终没有做出来。另外,进行了简化处理,如抽屉上的两个标签就不需要显示;

通过拼接圆柱体、立方体来创建柜子把手、柜子轨道

建模后的柜子如下图所示,其中抽屉是克隆的:

第一排的其余柜子都是一样的,只是Transform不同

最后,我们对第二排的柜子建模:

同样通过CSG来构造柜体;

使用GridHelper来构造网格;

同样通过拼接圆柱体、立方体来创建柜子把手、柜子轨道

建模后的柜子如下图所示:

第二排的其余柜子都是一样的,只是Transform不同

最终,建模后的仓库1如下图所示:

仓库2的建模也是类似的,建模后如下图所示:

Instanced Draw

因为仓库1第一排柜子的抽屉数量较多(有1千多个),所以会造成drawcall过多(每个抽屉都是一个drawcall),这在移动端会有明显的性能问题

因为有抽屉动画(弹出抽屉),不能将其merge,所以使用Instanced Draw来批量绘制抽屉

值得注意的是抽屉可能是多材质的Object3D(虽然此处是单材质的Mesh),所以要将其中的每个Mesh拆分到一组Instanced Draw中。举例来说,如果抽屉有个3个材质(即3个子Mesh),则需要创建3个InstancedMesh,然后将所有抽屉的第一个材质的Mesh对应到第一个InstancedMesh中,其余的以此类推

Label

每个柜子上面需要显示编号,如下图所示:

它是billboard,通过Sprite来实现

实现人物

可以切换轨道相机和第三人称相机,后者会显示人物。如下图所示:

第三人称相机的实现请参考Threejs 从零开始实现第三人称漫游

人物我们是在这里下载的,带骨骼动画的FBX

使用AnimationMixer来播放人物的骨骼动画,需要实现动画的管理

人物需要与仓库、柜子进行碰撞检测。我们使用Octree来构造场景的八叉树(只构造一次,构造墙、门、地面、柜体的八叉树,为了性能考虑这里排除掉抽屉),人物则用Capsule作为包围盒,通过检测Capsule和八叉树的相交来处理碰撞

弹出抽屉

双击仓库1的第一排的柜子,可以进入单个柜子的操作模式;然后点击任意的抽屉,可弹出该抽屉,显示绑定的数据。如下图所示:

实现点击的原理是:

我们将第一排的柜子的layer设置为可点击的,并通过Raycaster与该layer进行ray picking(这是优化,以免与其余的物体进行ray picking),并区分单击和双击

进入单个柜子的操作模式后,我们使用TrackControls、OrthographicCamera来正交地查看单个柜子,并隐藏其余的柜子

通过使用Tween来创建弹出、弹回抽屉的关键帧动画。点击单个抽屉时,播放弹出动画。弹出后显示绑定的数据(此处只显示了柜子编号和抽屉编号,以后可通过后端请求来获得相关的数据)

UI

UI框架使用React+Redux

普通UI使用Antd

大屏UI使用DataV-React+ECharts

大屏UI如下图所示:

"3D仓库-仓库1"这个Header、左侧的饼图是大屏UI

切换场景

能够切换仓库1、仓库2场景,如下图所示:

切换时,需要先深度删除当前场景的所有运行时数据(包括Mesh、Material、Geometry、Texture等),然后创建下一个场景的运行时数据

值得注意的是这两个场景的资源只需加载一次

适配

对于移动端需要进行适配

横屏

移动端需要横屏显示。我们检测如果是竖屏,则提示用户横屏

在微信中开启横屏的方法:

1、我->通用->开启横屏模式

2、开启手机的自动旋转

3、将手机横屏

第三人称在移动端显示虚拟摇杆

如下图所示:

通过nipplejs来实现虚拟摇杆

第三人称相机在移动端的使用说明:

将左手拇指放到屏幕左方透明的操作杆上,右手拇指放到屏幕右方的任意位置。其中,左手控制人物移动,右手旋转屏幕视角

IOS系统适配

IOS系统中值得注意的地方:

  • 不应该动态插入/删除dom
  • 构造octree太慢
  • 纹理大小不能太大(不能>=4096*4096)

参考资料

Web3D数字孪生有什么参考资料(最好有源码)?

如何用webgl(three.js)搭建一个3D库房-第一课