用three.js开发三维地图实例

公司要做智慧消防楼层可视化，需要用到web3d，开源的引擎中先研究了cesium三维地球，但cesium做楼层感觉是大材小用，而且体验也不好，最终选用的是功能强大、更适合小型场景的three。

three是图形引擎，而web二维三维地图都是基于图形引擎的，所以拿three来开发需求简单的三维地图应用是没什么问题的。

1.坐标转换

实际地理坐标为经度、纬度、高度，而three.js使用的是右手坐标系x、y、z，本来考虑的是将经纬度坐标转换成墨卡托，再去和three的坐标系对应。而实际项目中，经纬度转墨卡托后，墨卡托的值太大，对应到three坐标系中，坐标距离原点太远，用户交互后，会有精度损失，于是先定义一个中间点，然后将墨卡托的结果减去这个中间点的值。（我自己是经度对应z轴，纬度对应x轴，高度对应y轴）

function lonlatToMercator(lon,lat,height){

    var z = height ? height:;

    var x = (lon / 180.0) * 20037508.3427892;

    var y = (Math.PI / 180.0) * lat;

    var tmp = Math.PI / 4.0 + y / 2.0;

    y = 20037508.3427892 * Math.log(Math.tan(tmp)) / Math.PI;

    return {x: x,y: y,z: z};

}

var center = lonlatToMercator(lonVal,latVal,heightVal);

function lonlatToThree(lon,lat,height){

    var z = height? height:;

    var x = (lon / 180.0) * 20037508.3427892;

    var y = (Math.PI / 180.0) * lat;

    var tmp = Math.PI / 4.0 + y / 2.0;

    y = 20037508.3427892 * Math.log(Math.tan(tmp)) / Math.PI;

    var result = {

        x: x - center.x,

        y: y - center.y,

        z: z -center.z

    };

    return result;

}

2.加载模型

three.js支持多种模型加载，我是用草图大师建的模型，于是直接转成collada模型，然后使用three的collada模型加载器加载模型。因为要和three.js对应，而模型默认位于x-z轴上，所以要进行模型翻转等操作。

3.创建标注

three中，创建始终朝向相机的POI标注可以使用Sprite类，也可以使用canvas创建图标+文字类型的图形作为Sprite的纹理。sprite默认是有一个固定的3d长度，相机距离sprite越近，sprite在屏幕上越大，反之越小，过大或者过小都会导致sprite的canvas失真模糊，解决方案是计算出该点的屏幕像素与3d坐标长度的比值，然后将sprite缩放到一个合适的3d长度。

var position = sprite.position;

var canvas = sprite.material.map.image;

if(canvas){

    var poiRect = {w:canvas.width,h:canvas.height};

    var scale = getPoiScale(position,poiRect);

    sprite.scale.set(scale[],scale[],1.0);

}

function getPoiScale(position,poiRect){

    if(!position) return;

    var distance = camera.position.distanceTo(position);

    var top = Math.tan(camera.fov /  * Math.PI / )*distance;    //camera.fov 相机的拍摄角度

    var meterPerPixel = *top/container.clientHeight;

    var scaleX = poiRect.w * meterPerPixel;

    var scaleY = poiRect.h * meterPerPixel;

    return [scaleX,scaleY,1.0];

}

4.标注碰撞

创建标注之后，放缩时难免会出现标注相互遮盖的情况，这样既影响美观也会遮盖住地图信息，这里需要检测标注间的遮盖，显示和不显示一些标注。

这里主要是将标注点3d坐标转成屏幕坐标，再根据sprite中canvas的长度和高度，就可以知道sprite在屏幕的矩形范围。接下来就是计算各个标注点sprite的矩形相交了。

 var sprite1 = {x:x1,y:y1,w:w1,h:h1};    //sprite1左下角x,y,宽度、高度

    var sprite2 = {x:x2,y:y2,w:w2,h:h2};    //sprite2左下角x,y,宽度、高度

  //检测两个标注sprite是否碰撞

    function isPOIRect(sprite1,sprite2){

        var x1 = sprite1.x,y1=sprite1.y,w1=sprite1.w,h1=sprite1.h;

        var x2 = sprite2.x,y2=sprite2.y,w1=sprite2.w,h1=sprite2.h;

        if (x1 >= x2 && x1 >= x2 + w2) {

            return false;

        } else if (x1 <= x2 && x1 + w1 <= x2) {

            return false;

        } else if (y1 >= y2 && y1 >= y2 + h2) {

            return false;

        } else if (y1 <= y2 && y1 + h1 <= y2) {

            return false;

        }else{

            return true;

        }

    }

5.加载设备

创建设备，我同样使用的是Sprite类，跟创建标注类似，放缩之后，sprite在屏幕上的大小保持不变。

6.设备点击

raycaster类用于在3d中被鼠标选中的物体，这同样可以选中sprite对象，于是用此方法模拟设备的点击。其中deviceGroup是保存所有设备sprite的object3d对象。

 function onDocumentMouseDown(e) {

        e.preventDefault();

        mouse.x = (e.clientX / window.innerWidth) *  - ;

        mouse.y = -(e.clientY / window.innerHeight) *  + ;

        //新建一个三维单位向量 假设z方向就是0.5

        //根据照相机，把这个向量转换到视点坐标系

        var vector = new THREE.Vector3(mouse.x, mouse.y,0.5).unproject(camera);

        //在视点坐标系中形成射线,射线的起点向量是照相机， 射线的方向向量是照相机到点击的点，这个向量应该归一标准化。

        var raycaster = new THREE.Raycaster(camera.position, vector.sub(camera.position).normalize());

        //射线和模型求交，选中一系列直线

        var intersects = raycaster.intersectObjects([deviceGroup],true);

        if (intersects.length > ) {

            var intersected = intersects[].object;

            if(intersected instanceof THREE.Sprite){

                //点击到设备图标

            }

        }

    }

7.弹出框

设备点击之后，一般都会以弹出框形式展示设备的具体信息，这里需要先定义弹出框的样式，然后将弹出点设备的三维坐标转换成屏幕坐标，设置一定的偏移量，再将弹出框放到偏移后的屏幕位置上。然后每次更改相机，重新计算弹出框的位置。

//three世界坐标转为屏幕坐标

function threeToScreen(position,camera){

    var worldVector = new THREE.Vector3(

            position.x,

            position.y,

            position.z

    );

    var standardVector = worldVector.project(camera);//世界坐标转标准设备坐标

    var a = window.innerWidth / ;

    var b = window.innerHeight / ;

    var x = Math.round(standardVector.x * a + a);//标准设备坐标转屏幕坐标

    var y = Math.round(-standardVector.y * b + b);//标准设备坐标转屏幕坐标

    return {

        x: x,

        y: y

    };

}

8.设备动画

简单设备动画可以通过更改设备的材质、大小、位置来实现，比如通过定时更改设备的材质来实现设备图标的闪烁。

项目中要模拟火情，因此花了些时间网上参考并用粒子系统做了个火焰动画，这里先用一个循环通过THREE.Vector3对象创建构成火焰的全部的点，放到THREE.Geometry对象的vertices中；再使用canvas创建火焰的纹理图形，传给THREE.PointsMaterial对象（并设置材质透明transparent:true和加法混合THREE.AddictiveBlending），最后以前面的THREE.Geometry和THREE.PointsMaterial创建THREE.Points对象，完成该火焰粒子系统的初始化。

每个粒子都有单独的坐标，最后用一定的规律驱动粒子的移动达到动画的效果。

9.鼠标绘制

在3d中，鼠标的位置对应到三维坐标中是一条射线，因此需要添加绘制平面，点击时获取鼠标和绘制平面的交点，作为绘制点。绘制时监听鼠标的单击和移动事件。

绘制线时，鼠标点击和移动时，直接更改线的geometry中的vertices；绘制面时，不仅仅要更改vertices还要计算所有顶点组合的三角面（我使用的是Earcut.js），作为geometry的faces，最后创建一个以这个geometry为几何形状的多边形mesh。

//positions 三维坐标数组[[x,y,z],[x,y,z],...]

function createPolygon(positions){

    var shapePositons = [];

     for(var i=;i<positions.length;i++){

        var position = positions[i];

        shapePositons.push(new THREE.Vector3(position[],position[],position[]));

    }

    var data = [];

    for(var i=;i<positions.length;i++){

        var position = positions[i];

        data.push(position[],position[]);

    }

    var faces = [];

    var triangles = Earcut.triangulate(data);

    if(triangles && triangles.length != ){

        for(var i=;i<triangles.length;i++){

            var length = triangles.length;

            if(i%== && i < length-){

                faces.push(new THREE.Face3(triangles[i],triangles[i+],triangles[i+]));

            }

        }

    }

    var geometry = new THREE.BufferGeometry();

    geometry.vertices = shapePositons;

    geometry.faces = faces;

    var mesh = new THREE.Mesh(geometry,material);

    return mesh;

}