基于 HTML5 + WebGL 的宇宙(太阳系) 3D 可视化系统

2021-05-06 17:26

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标签：eset 通过 code 需求 isa 大屏 http 切换 etop

前言

近年来随着引力波的发现、黑洞照片的拍摄、火星上存在水的证据发现等科学上的突破，以及文学影视作品中诸如《三体》、《流浪地球》、《星际穿越》等的传播普及，宇宙空间中那些原本遥不可及的事物离我们越来越近，人们对未知文明的关注和对宇宙空间的好奇达到了前所未有的高度。站在更高的立足点上，作为人类这个物种中的一员，我们理所应当对我们生活的星球、所在的太阳系有一定的认识，对 8 大行星各自的运行轨道、质量、资源存储量甚至是地形有一定的了解。

本系统采用 Hightopo 的 HT for Web 产品来构造轻量化的 3D 可视化场景。

Solar System 这套系统主要用于两种场景：

　　1.作为科研成果、新发现的载体，做 3D 太空数据可视化呈现，用于向普通民众科普太阳系的构成、各行星组织结构等知识，可置于博物馆大屏、学校大屏，也可用于互联网产品，作为航空航天类网站的门户页、展示页。

　　2.作为宇航局、航空航天相关研究机构的驾驶舱，在 3D 可视化界面中对行星相对位置、星体状态、星体气象、星体地形有一个直观快速的了解，在宇宙空间探索越来越成功的当下，在数据传输技术得到速度和质量上的突破后，甚至可以通过该系统对行星状态做实时监控呈现，对宇航员的作业点、作业情况做在线监控。在配置上人造卫星轨道、监控区域的数据后，本系统可用作卫星系统，描述覆盖范围和呈现观测数据。

预览地址： https://www.hightopo.com/demo/solar-system/

界面简介及效果预览

主题一：太阳系检测系统

本系统主要展示8大行星绕太阳公转轨道、相对位置、星体质量、资源含量等信息。

右上角行星按钮会触发视角切换，切换至相对应的行星观测点

this.g3d.flyTo(data, {
    animation: {
        duration: 1000,
        easing: function (t) {
            return (2-t) * t;
        }
    },
    distance: 2000
});

效果：

技术图片

该主题提供两种视角，鸟瞰和斜视，其它视角可以通过鼠标自行旋转

两种视角的切换由右上角第二、三个圆形按钮触发。

调用 moveCamera 方法重新设置相机位置：

/**
 * 切换镜头
 * @param {Number} num - 主题编号
 */
triggerThemeCamera(num) {
    //...
    this.g3d.moveCamera(
        [ 6742.5, 4625.6, -836.7],
        [0, 0, 0],
        {
            duration: 500,
            easing: function (t) {
                return (2-t) * t;
            }
        }
    );
}

效果：

技术图片

信息框默认采用跟随星体一起旋转，这可以达到俯视视角不出现信息框，看起来更清爽。

如果需要查看星体详情，可以通过点击右上角播放按钮，该按钮会触发所有信息框朝向屏幕方向。

通过改变消息面板 style.autorotate 来实现：

setBillboardToCamera(flag) {
    const list = this.dm3d.getDatas();
    list.each( item => {
        if (item instanceof ht.Node) {
            if (/_board$/.test(item.getTag())) {
                if (flag) {
                    item.s(‘shape3d.autorotate‘, true);
                }
                else {
                    item.s(‘shape3d.autorotate‘, false);
                }
            }
        }
    });
}

效果：

技术图片

主题二：戴森球星体 3D 拓扑结构

本系统主要展示用户所点选的行星与其它星际物质的相互作用，也可用于展示行星周围卫星的分布情况，以及展示星体间引力、辐射范围等的拓扑结构。

鼠标悬停在一个星体上会触发选中状态，右侧会监控该星体的相关数据。

通过监听 mousemove 后调用 resetPinkOutside 方法，将粉色边框重新设置到悬停的 node 位置：

/**
 * 重新设置边框
 * @param node
 */
resetPinkOutside(node) {
    const pinkOutside = this.dm3d.getDataByTag(‘billboard4‘);
    pinkOutside.setPosition3d(node.getPosition3d()[0],node.getPosition3d()[1],node.getPosition3d()[2]);
}

效果：

技术图片

主题三：星体气象、地形检测系统

该主题主要用于呈现在场景二中点选的星体上具体的检测点位，点位周边的等高线在左侧自动生成一个 3D 的地形和闪烁的点位示意，并与右侧的检测点位一一对应。

该功能可用于地形的呈现，也可以用于星体大气层的气象状态展示。

左下角实时监控点位的地质热量、气象流动数据。

点选右侧对应检测点，会触发右侧点的缩放动画，同时左侧对应的 3D 点位也会同步变化，其它的点则调用 setAnimation(null)

setTwinkleToPoints(flag) {
    //...
    if (flag) {
        if (point1_3D && point1) {
            if (this.animationFlags.twinklePointNum === 1) {
                point1_3D.setAnimation({
                    change: {},
                    start: ["change"]
                });
                point1.setAnimation({
                    width: {},
                    height: {},
                    start: ["width", "height"]
                });
            } else {
                SolarSystem.disableTwinkle(point1_3D, point1);
            }
        } else {
            SolarSystem.disableTwinkle(point1_3D, point1);
            //...
        }
    }
}

效果：

技术图片

关联：三个主题（系统）的联动

三个系统是互相关联的，相互切换的方式有三种。

　　1.点选左上角的切换按钮：

　　左上角部分均为导航栏的响应范围，鼠标悬停时会改变动画控制器 animationFlags 的对应值，触发导航栏落下来，悬停和点选按钮会通过 setImage 方法设置不同的背景

this.g2d.getView().addEventListener(‘mousemove‘, event => {
    const node = this.g2d.getDataAt(event);
    let tag = ‘‘;
    if (node) {
        tag = node.getTag();
    }
    if(‘navigator‘ === tag){
        if(!this.animationFlags.navigatorRotate && this.animationFlags.navAnimationDone){
            this.animationFlags.navAnimationDone = false;
            this.animationControl(0, true);
        }
        this.resetButtonStyle();
    }
    else if (/^navButton/.test(tag)) {
        this.animationFlags.navButtonOnHover = true; // 防止动画过快导致无法点选按钮
        this.resetButtonStyle();
        if (!node.a(‘buttonOnClick‘)) {
            node.setImage(‘buttonOnHover‘);
        }
    }
    else {
        this.resetButtonStyle();
        this.animationFlags.navButtonOnHover = false;
        if(this.animationFlags.navigatorRotate && this.animationFlags.navAnimationDone){
            setTimeout(() => {
                if(!this.animationFlags.navButtonOnHover){
                    this.animationFlags.navButtonOnHover = true;
                    this.animationFlags.navAnimationDone = false;
                    this.animationControl(0, false);
                }
            }, 500);
        }
    }
}, false);