orillusion入门系列三 | 几何体

oldguy

前两次的学习总结中，成功运行了一个最基础的功能，对引擎的的整体代码进行了归纳，根据我的习惯提供了一个并不严谨的开发步骤，并且介绍了两个工具。主要解决了认识引擎以及如何开始使用引擎。今天我准备学习使用引擎开发真正的功能了，在这里继续使用大白话（水平有限只能如此）介绍学习过程。
专业的3D系统开发需要符合软件工程实践，只以像我这样的小白视角以入门为目的提供一个思路，我们前面了解到首先要通过场景开辟一个空间，加上相机开启上帝视角，那么之后呢？我认为是“造物”，一个3D空间无论复杂还是简单，都可以看成是一个虚拟世界，是对真实世界的理解的反映，在真实世界中我们能看到的物体是由点、线、面组成的，在3D场景中最基础的是由点组成的，3D中的点由三个坐标（x、y、z）分量构成的，GPU在处理时一般是按照三角型处理的，这些点我们一般称为顶点。在3D中的一座山、一条路、一个篮球，都是由若干的顶点构成的。但是只有顶点是不够的，每个物体还会有不同的外观，我们一般用材质来表示，材质对物体的外观进行装饰成不同的样式。所以顶点+材质就组成了一个物体，这个物体我们一般称为网格（mesh），今天我们先忽略材质，专注于造物。

几何体

面向3D的世界我还是学前班阶段，所以我们从最基础的几何体开始。orillusion目前提供了四种几何体可以直接使用，并不算多，实践中肯定会需要更多的类型吧，期待后续会增加，这里先熟悉这四种，对于了解几何体是足够的了。

长方体

长方体是我的最爱，我们在第一天就熟悉了如何使用长方体，一个长方体由宽度、高度、深度三个分量组成，这里我们复习一下如何使用

// 创建一个容器对象
this.boxObj = new Object3D();
// 创建渲染组件
let mr: MeshRenderer = this.boxObj.addComponent(MeshRenderer);
// 创建一个长方体
mr.geometry = new BoxGeometry(5, 5, 5);
// 设置材质
mr.material = new HDRLitMaterial();
// 添加到场景
this.scene.addChild(this.boxObj);

这里需要注意，几何体的属性在创建时通过构造函数参数指定，不支持动态的修改，动态改变形状建议使用Object3D对象的缩放属性。

球体

球体也是我们非常熟悉的一种几何体，创建球体必须要指定半径，以及水平和垂直分段数。

// 创建一个对象
this.boxObj = new Object3D();
// 创建渲染组件
let mr: MeshRenderer = this.boxObj.addComponent(MeshRenderer);
// 设置球体的实例
mr.geometry = new SphereGeometry(3, 100, 100);
// 设置材质
mr.material = new HDRLitMaterial();
// 添加到场景
this.scene.addChild(this.boxObj);

运行效果如下

平面

创建一个平台我们至少需要指定长和宽两个属性

// 创建一个对象
this.boxObj = new Object3D();
// 创建渲染组件
let mr: MeshRenderer = this.boxObj.addComponent(MeshRenderer);
// 设置形状
mr.geometry = new PlaneGeometry(10, 10);
// 设置材质
mr.material = new HDRLitMaterial();
// 添加到场景
this.scene.addChild(this.boxObj);

运行效果如下

圆柱体

我们这里创建一个半径为5，高为10的圆柱体

// 创建一个对象
this.boxObj = new Object3D();
// 创建渲染组件
let mr: MeshRenderer = this.boxObj.addComponent(MeshRenderer);
// 设置形状
mr.geometry = new CylinderGeometry(5, 5, 10);
// 设置材质
mr.material = new HDRLitMaterial();
// 添加到场景
this.scene.addChild(this.boxObj);

运行效果如下

Object3D 对象

我们不是第一次接触Object3D对象了，这里我们通过实例用一下这个组件，我们以长方体为例，长方体是通过组件的方式添加到一个Object3D容器中的，所以通过Object3D可以操作立方体的属性。

位置

分别可以直接读写对象的x、y、z坐标。

this.boxObj.x = v;
this.boxObj.y = v;
this.boxObj.z = v;

也可以通过 Vector3 类型一次性设置三个分量，这里不作演示了

旋转

分别可以直接读写对象x、y、z三个方向的旋转角度。

this.boxObj.rotationX = v;
this.boxObj.rotationy = v;
this.boxObj.rotationz = v;

也可以通过 Vector3 类型一次性设置三个分量，这里不作演示了

缩放

分别可以直接读写对象x、y、z三个方向的缩放。

this.boxObj.scaleX = v;
this.boxObj.scaleY = v;
this.boxObj.scaleZ = v;

也可以通过 Vector3 类型一次性设置三个分量，这里不作演示了

动态演示或隐藏

设置对象的 visible 属性可以对对象演示或隐藏

this.boxObj.visible = v;

使用脚本

前面创建的物体看起来很死板，用鼠标操作一下才会动，如何让这个自己有一定的行为呢。那要请出组件了。组件一般用来封装可复用的功能，添加至不同的Object3D中，引擎内部会自动调用该组件的功能作用在这个容器对象中。
这里我们看一个最基本的组件脚本的模板：

class Script extends ComponentBase {
  // 覆写 初始化
  public init(){
    // 该函数在组件被创建时调用，可以用来初始化内部的变量
    // 注意，此时组件被挂载到 Object3D 上，所以无法访问 this.object3D
  }
  // 覆写 渲染开始
  public start(){
    // 该函数在组件开始渲染前被调用，
    // 一颗访问 this.object3D, 通常用来获取节点的属性或其他组件
  }
  // 覆写 update
  public update() {
    // 每帧渲染循环调用，通常定义节点的循环逻辑
    // 例如，每一帧更新物体旋转角度
    this.object3D.rotationY += 1;
  }
}

以上模板的注释说明了用法，这里我准备做一个自动旋转的功能，只要实现 update 函数就可以做到。

update(): void {
  // 旋转
  this.transform.rotationX = Math.sin(Time.time * 0.001) * 100.0;
}

之后将该组件添加至boxObj中，看来需要熟识上面的脚本模板，这几个生命周期函数非常重要，在后面定制功能时必不可少。而且除了用户代码，引擎内部也定义了一些组件，后面我们要不断去了解。

完成代码

这里以立方体为例，将代码罗列一下。

import { Engine3D, Scene3D, Object3D, Camera3D, HoverCameraController, MeshRenderer, BoxGeometry, HDRLitMaterial, ForwardRenderJob, Stats } from "@orillusion/core";
import * as dat from 'dat.gui';
import { RotationScript } from "./rotationScript";

export default class Geometry {

    cameraObj: Object3D;

    camera: Camera3D;

    scene: Scene3D;

    boxObj: Object3D;

    async run() {

        await this.init();

        await this.setup();

        await this.start();
    }

    /***
     * 配置并初始化引擎
     */
    private async init() {
        // 初始化引擎
        await Engine3D.init();
    }

    /**
     * 引擎功能代码
     */
    private async setup() {
        // 创建一个场景
        this.scene = new Scene3D();

        // 添加性能监控面板
        this.scene.addComponent(Stats);
        // 创建一个相机
        this.cameraObj = new Object3D();
        this.camera = this.cameraObj.addComponent(Camera3D);
        // 设置相机类型
        this.camera.perspective(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 5000.0);
        // 设置相机控制器
        let controller = this.cameraObj.addComponent(HoverCameraController);
        controller.setCamera(20, -20, 25);
        // 添加相机至场景
        this.scene.addChild(this.cameraObj);

        this.createBox();

        this.addGUI();

    }

    /**
     * 启动渲染
     */
    private async start() {
        // 创建前向渲染
        let renderJob: ForwardRenderJob = new ForwardRenderJob(this.scene);
        // 开始渲染
        Engine3D.startRender(renderJob);
    }

    /**
     * 创建立方体
     */
    private async createBox() {
        // 创建一个对象
        this.boxObj = new Object3D();
        // 挂载脚本
        this.boxObj.addComponent(RotationScript);
        // 创建渲染组件
        let mr: MeshRenderer = this.boxObj.addComponent(MeshRenderer);
        // 设置形状
        mr.geometry = new BoxGeometry(5, 5, 5);
        // 设置材质
        mr.material = new HDRLitMaterial();
        // 添加到场景
        this.scene.addChild(this.boxObj);

    }

    private async addGUI(){
        // 创建 dat 实例
        const gui = new dat.GUI();
        // 创建保存属性值对象
        const geometryInfo = {
            enable:true,
            visible:true,
            rotationX:0,
            rotationY:0,
            rotationZ:0,
            scaleX:0,
            scaleY:0,
            scaleZ:9,
            x: 0,
            y: 0,
            z: 0,
        };

        // 创建一个x坐标事件监听，当修改x值时，直接修改立方体坐标。
        gui.add(geometryInfo, "enable").onChange((v) => {
            console.log('enable:', v);
            this.boxObj.enable = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "visible").onChange((v) => {
            console.log('visible:', v);
            this.boxObj.visible = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "x", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('x:', v);
            this.boxObj.x = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "y", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('y:', v);
            this.boxObj.y = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "z", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('z:', v);
            this.boxObj.z = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "rotationX", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('rotationX:', v);
            this.boxObj.rotationX = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "rotationY", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('rotationY:', v);
            this.boxObj.rotationY = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "rotationZ", -100, 100).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('rotationZ:', v);
            this.boxObj.rotationZ = v;
        });

        gui.add(geometryInfo, "scaleX", 0, 10).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('scaleX:', v);
            this.boxObj.scaleX = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "scaleY", 0, 10).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('scaleY:', v);
            this.boxObj.scaleY = v;
        });
        gui.add(geometryInfo, "scaleZ", 0, 10).step(0.1).onChange((v) => {
            console.log('scaleZ:', v);
            this.boxObj.scaleZ = v;
        });
    }

}

脚本完整代码

import { ComponentBase, Time } from "@orillusion/core";

export class RotationScript extends ComponentBase {

    update(): void {
      // 旋转
      this.transform.rotationX = Math.sin(Time.time * 0.001) * 100.0;
    }
  }

因为加上了脚本，运行时能够看到这个方立体在自动旋转。右侧的操作面板做对应的操作也可以看到变化。

小结

今天学习了最基本的功能，没有按照通常的3D学习顺序，这里只按照最朴素(土)的习惯性思维来介绍。现在我们学会了造物，后续要继续学习如何装扮这些物体。
看到了社区的反馈，有大佬对使用vue框架持提出质疑，瑟瑟发抖中，后面略去界面库部分。
作为3D新手，后续会不断的记录学习过程，期待与你一起学习一起飞！