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    orillusion入门系列三 | 几何体

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      oldguy 最后由 编辑

      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);
      

      99816cf9-e104-441d-aaba-f88ab72545b9-image.png
      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
      a3cd9adc-1d7f-4789-9e22-1081a398f3f0-image.png

      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
      512a8267-23ee-4f83-b539-0e4c71d95128-image.png

      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
      99c32a9a-92a1-4819-84a9-a8e30506b1b0-image.png

      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;
          }
        }
        
      

      668c248c-7592-4935-8ed4-76b70e37e3b9-image.png

      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!

      支阿怪 1 条回复 最后回复 回复 引用 2
      • 支阿怪
        支阿怪 @oldguy 最后由 编辑

        @oldguy 请问orillusion引擎库是怎么安装的呢?npm install @orillusion/core --save这个步骤一直安装失败。

        6ddfcd50-8210-47f0-bd10-5519090cf29d-image.png

        没有捷径,自发光芒

        shuangliu 1 条回复 最后回复 回复 引用 0
        • shuangliu
          shuangliu @支阿怪 最后由 编辑

          @支阿怪 目前引擎库还没有公开,所以无法直接安装,我们正在做内测,稍后会进行公开测试

          1 条回复 最后回复 回复 引用 0
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