“AS3.0高级动画编程”学习：第三章等角投影(上)

什么是等角投影（isometric）?

原作者：菩提树下的杨过
出处：http://yjmyzz.cnblogs.com

刚接触这个概念时，我也很茫然，百度+google了N天后，找到了一些文章：

[转载]等角(斜45度)游戏与数学  （ 原文链接：http://www.javaeye.com/articles/1225）

[转载]使用illustrator和正交投影原理以及基本三视图制图   (http://www.vanqy.cn/index.php/2009/03/working-with-orthographic-projections-and-basic-isometrics/)

以及这篇ppt：http://files.cnblogs.com/yjmyzz/Isometric.rar

建议先耐心看完这三篇文章，再往下看：

在之前学习的3D基础( http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2010/05/08/1730697.html )、3D线条与填充 ( http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2010/05/14/1735154.html)、背面剔除与 3D 灯光 ( http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2010/06/06/1752674.html)中，我们所采用的3D坐标系，基本上都属于3D透视投影坐标。通俗点讲：就是物体距离观察者越远，看上去就越小，最终消失在远处的某个点，也可以俗称为“带消失点的3D投影”。这种投影方法虽然精确，但是动画编程中严格按照它来处理，开销很大，计算量也很大，因为不同的z轴距离，或者距离观察点的位置不一样，物体的大小就要调整(如果考虑到光源等因素，处理量就更大了)。

而等角投影中，没有消失点，观察者的目光始终是平行的，投影方向与坐标轴的角度是固定值，虽然这样看上去略有失真，但是总体来讲立体感还是很明显的，重要的是：不管你把等角投影所形成的立体图形放在屏幕上哪一个位置，看上去都是相同的。

原书作者还给出了一个演示，用于帮助大家理解：在线演示

很明显：一个立方体的（正方形）顶部面，在经过等角投影后，在屏幕上会发生形变，成为一个菱形。(点击刚才的在线演示中的true isometric按钮，观察front视图中立方体的顶部)

上图是正方形经过标准等角投影后得到的菱形，其左右侧的角度为60度，通过计算可以得到长宽比例为1.73，但是这个比例通常在计算时，会弄出很多小数位，而且绘图师们也比较烦这个比例(因为用ps等软件画图时，同样也要设置长或宽为小数位才能保证这个比例)

所以在实际情况中，更常用的是"二等角"来代替"等角"(点击刚才的在线演示中的dimetric按钮，观察front视图中立方体的顶部)

可以看出，“二等角投影”形成的菱形要比“等角投影”更扁一些，但这种图形的宽/高比例正好是2，处理起来很方便，也好记忆。

有了上面这些基础，就可以来做些正经事儿了，思考一个问题：在常规3D空间中的图形，经过二等角投影(为方便起见，以下把二等角投影也通称为等角投影)后，要经过怎样的计算（或转换），才能得到最终的图形呢？

有鉴于任何几何图形，总是由若干个点连接而成的，我们先来定义一个常规的Point3D类：

 package {
     public class Point3D {
         public var x:Number;
         public var y:Number;
         public var z:Number;
         public function Point3D(x:Number=0,y:Number=0,z:Number=0) {
             this.x=x;
             this.y=y;
             this.z=z;
         }
     }
 }

所以上面的问题也可以简化为：等角空间中3D坐标点，如何转换为电脑屏幕上的2D坐标点？(或者反过来转换？)

转化公式：
x1 = x - z
y1 = y * 1.2247 + (x + z) * 0.5
z2 = (x + z) * 0.866 - y * 0.707 --用于层深排序，可以先不管

上面的公式可以把等角空间中的坐标点，转化为屏幕空间上的坐标点。(好奇心强烈的童鞋们，自己去看原书上的推导过程吧，我建议大家把这它当成定理公式记住就好，毕竟我们不是在研究数学)

为了方便以后重用，可以把这个公式封装到类IsoUtil.as里

 package {

     import flash.geom.Point;
     public class IsoUtils {

         //public static const Y_CORRECT:Number=Math.cos(- Math.PI/6)*Math.SQRT2;
         public static const Y_CORRECT:Number = 1.2247448713915892;

         //把等角空间中的一个3D坐标点转换成屏幕上的2D坐标点
         public static function isoToScreen(pos:Point3D):Point {
             var screenX:Number=pos.x-pos.z;
             var screenY:Number=pos.y*Y_CORRECT+(pos.x+pos.z)*0.5;
             return new Point(screenX,screenY);
         }

         //把屏幕上的2D坐标点转换成等角空间中的一个3D坐标点
         public static function screenToIso(point:Point):Point3D {
             var xpos:Number=point.y+point.x*.5;
             var ypos:Number=0;
             var zpos:Number=point.y-point.x*.5;
             return new Point3D(xpos,ypos,zpos);
         }
     }
 }

用代码来画一个等角图形，测试上面的代码是否正确

 package {

     import flash.display.Sprite;
     import flash.display.StageAlign;
     import flash.display.StageScaleMode;
     import flash.geom.Point;

     [SWF(backgroundColor=0xefefef,height="200",width="300")]
     public class IsoTransformTest extends Sprite {
         public function IsoTransformTest() {
             stage.align=StageAlign.TOP_LEFT;
             stage.scaleMode=StageScaleMode.NO_SCALE;

             var p0:Point3D=new Point3D(0,0,0);
             var p1:Point3D=new Point3D(100,0,0);
             var p2:Point3D=new Point3D(100,0,100);
             var p3:Point3D=new Point3D(0,0,100);

             var sp0:Point=IsoUtils.isoToScreen(p0);
             var sp1:Point=IsoUtils.isoToScreen(p1);
             var sp2:Point=IsoUtils.isoToScreen(p2);
             var sp3:Point=IsoUtils.isoToScreen(p3);

             var tile:Sprite = new Sprite();
             tile.x=150;
             tile.y=50;
             addChild(tile);

             tile.graphics.lineStyle(0);
             tile.graphics.moveTo(sp0.x, sp0.y);
             tile.graphics.lineTo(sp1.x, sp1.y);
             tile.graphics.lineTo(sp2.x, sp2.y);
             tile.graphics.lineTo(sp3.x, sp3.y);
             tile.graphics.lineTo(sp0.x, sp0.y);

             trace(Math.cos(- Math.PI/6)*Math.SQRT2);//1.2247448713915892
             trace(tile.width,tile.height);//200 100 符合上面提到的2:1
         }
     }
 }

正如在OO世界里，很多语言都习惯于弄一个Object基类做为祖先一样，在等角世界里，我们也可以弄一个IsoObject的基类，把坐标变换这一套东西封装在里面，方便重用

 package {
     import flash.display.Sprite;
     import flash.geom.Point;
     import flash.geom.Rectangle;

     public class IsoObject extends Sprite {

         protected var _position:Point3D;
         protected var _size:Number;
         protected var _walkable:Boolean=false;

         //public static const Y_CORRECT:Number=Math.cos(- Math.PI/6)*Math.SQRT2;
         public static const Y_CORRECT:Number=1.2247448713915892;

         public function IsoObject(size:Number) {
             _size=size;
             _position = new Point3D();
             updateScreenPosition();
         }

         //更新屏幕坐标位置
         protected function updateScreenPosition():void {
             var screenPos:Point=IsoUtils.isoToScreen(_position);
             super.x=screenPos.x;
             super.y=screenPos.y;
         }

         override public function toString():String {
             return "[IsoObject (x:" + _position.x + ", y:" + _position.y+ ", z:" + _position.z + ")]";
         }

         //设置等角空间3D坐标点的x,y,z值
         override public function set x(value:Number):void {
             _position.x=value;
             updateScreenPosition();
         }

         override public function get x():Number {
             return _position.x;
         }

         override public function set y(value:Number):void {
             _position.y=value;
             updateScreenPosition();
         }
         override public function get y():Number {
             return _position.y;
         }

         override public function set z(value:Number):void {
             _position.z=value;
             updateScreenPosition();
         }

         override public function get z():Number {
             return _position.z;
         }

         //_position的属性封装
         public function set position(value:Point3D):void {
             _position=value;
             updateScreenPosition();
         }
         public function get position():Point3D {
             return _position;
         }

         //深度排序时会用到，现在不用理这个
         public function get depth():Number {
             return (_position.x + _position.z) * .866 - _position.y * .707;
         }

         //这个暂时也不用理
         public function set walkable(value:Boolean):void {
             _walkable=value;
         }
         public function get walkable():Boolean {
             return _walkable;
         }

         public function get size():Number {
             return _size;
         }

         public function get rect():Rectangle {
             return new Rectangle(x - size / 2, z - size / 2, size, size);
         }
     }
 }

接触过3D渲染或动画的朋友们也许都知道，通常人们习惯弄出一个最基本的三角形（或其它小形状）做为基本贴片，用这些小贴片最终构成复杂的3D模型，类似的，我们也可以做一个基本的IsoTile贴片类

 package {
     public class DrawnIsoTile extends IsoObject {
         protected var _height:Number;
         protected var _color:uint;
         public function DrawnIsoTile(size:Number,color:uint,height:Number=0) {
             super(size);
             _color=color;
             _height=height;
             draw();
         }

         //画矩形"贴片"
         protected function draw():void {
             graphics.clear();
             graphics.beginFill(_color);
             graphics.lineStyle(0,0,.5);
             graphics.moveTo(- size,0);
             graphics.lineTo(0,- size*.5);
             graphics.lineTo(size,0);
             graphics.lineTo(0,size*.5);
             graphics.lineTo(- size,0);
         }

         //height属性暂时不用管（在draw里也没用到）
         override public function set height(value:Number):void {
             _height=value;
             draw();
         }
         override public function get height():Number {
             return _height;
         }

         //设置颜色
         public function set color(value:uint):void {
             _color=value;
             draw();
         }
         public function get color():uint {
             return _color;
         }
     }
 }

试一下IsoTile：

可以把这个当做游戏中的空白地图，ok，继续，光画一个平面，也许没什么意思，再考虑更复杂一些的物体：比如(立方体)盒子（其实基本思路不复杂，把贴片提高一些位置，然后向下伸出同等长度的线条，最终连接起来即可）。

在等角世界中，站在观察者的角度，一个立方体最终能看到的只有三个面(top,left,right)，如果再加个光源的话，还应该体现出颜色的明暗度差别（比如如果一个光源从盒子的右上方照过来，上方应该是最亮的，右侧其次，左侧最暗）

 package {
     public class DrawnIsoBox extends DrawnIsoTile {
         public function DrawnIsoBox(size:Number, color:uint, height:Number) {
             super(size, color, height);
         }
         override protected function draw():void {
             graphics.clear();

             //提取r,g,b三色分量
             var red:int=_color>>16;
             var green:int=_color>>8&0xff;
             var blue:int=_color&0xff;

             //假如光源在右上方（所以左侧最暗，顶上最亮，右侧在二者之间）
             var leftShadow:uint = (red * .5) << 16 |(green * .5) << 8 |(blue * .5);
             var rightShadow:uint = (red * .75) << 16 |(green * .75) << 8 | (blue * .75);
             var h:Number=_height*Y_CORRECT;

             //顶部
             graphics.beginFill(_color);
             graphics.lineStyle(0, 0, .5);
             graphics.moveTo(-_size, -h);
             graphics.lineTo(0, -_size * .5 - h);
             graphics.lineTo(_size, -h);
             graphics.lineTo(0, _size * .5 - h);
             graphics.lineTo(-_size, -h);
             graphics.endFill();

             //左侧
             graphics.beginFill(leftShadow);
             graphics.lineStyle(0, 0, .5);
             graphics.moveTo(-_size, -h);
             graphics.lineTo(0, _size * .5 - h);
             graphics.lineTo(0, _size * .5);
             graphics.lineTo(-_size, 0);
             graphics.lineTo(-_size, -h);
             graphics.endFill();

             //右侧
             graphics.beginFill(rightShadow);
             graphics.lineStyle(0, 0, .5);
             graphics.moveTo(_size, -h);
             graphics.lineTo(0, _size * .5 - h);
             graphics.lineTo(0, _size * .5);
             graphics.lineTo(_size, 0);
             graphics.lineTo(_size, -h);
             graphics.endFill();
         }
     }
 }

测试一下IsoBox

 package {

     import flash.display.Sprite;
     import flash.display.StageAlign;
     import flash.display.StageScaleMode;
     import flash.events.*;
     import flash.events.MouseEvent;
     import flash.geom.Point;
     [SWF(backgroundColor=0xffffff,height=380,width=600)]
     public class BoxTest extends Sprite
     {
         private var world:Sprite;

         public function BoxTest()
         {
             stage.align = StageAlign.TOP_LEFT;
             stage.scaleMode = StageScaleMode.NO_SCALE;
             world = new Sprite();
             world.x = stage.stageWidth / 2;
             world.y = 50;
             addChild(world);
             for(var i:int = 0; i < 15; i++)
             {
                 for(var j:int = 0; j < 15; j++)
                 {
                     var tile:DrawnIsoTile = new DrawnIsoTile(20, 0xcccccc);
                     tile.position = new Point3D(i * 20, 0, j * 20);
                     world.addChild(tile);
                 }
             }
             world.addEventListener(MouseEvent.CLICK, onWorldClick);
             stage.addEventListener(Event.RESIZE,resizeHandler);
         }

         private function onWorldClick(event:MouseEvent):void
         {
             var box:DrawnIsoBox = new DrawnIsoBox(20, Math.random() * 0xffffff, 20);
             var pos:Point3D = IsoUtils.screenToIso(new Point(world.mouseX, world.mouseY));
             pos.x = Math.round(pos.x / 20) * 20;
             pos.y = Math.round(pos.y / 20) * 20;
             pos.z = Math.round(pos.z / 20) * 20;
             box.position = pos;
             world.addChild(box);
         }

         private function resizeHandler(e:Event):void{
             world.x = stage.stageWidth / 2;
         }
     }
 }

在线演示

稍加解释，上面这段代码先画一个空白地图，然后在地图上注册鼠标点击事件，每次点击将在地图上生成一个IsoBox实例

作者：菩提树下的杨过
出处：http://yjmyzz.cnblogs.com 
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分类: 12.Flex/Flash/AS3.0

标签: 动画, flash, flex, as3, 等角投影, isometric, dimetric