webgl(threejs)生成房间楼层

楔子

在很多数字孪生项目中，都会涉及到楼层的建模。楼层的建模由于结构繁多，如果都是建模师进行手动建模，工作量会比较大。而楼层本身的结构，可以抽象成可以通过路径构造的对象(这和之前的文章提及的的管路以及道路类似)，这方便我们通过代码的方式来生成房间楼层。

墙体几何对象PathCubeGeometry

楼层一般分成墙体和地板两个部分，首先来看下墙体对象。 以threejs为基础，扩展一个几何对象PathCubeGeometry。 该对象通过一个Path3D路径来构造一个墙的几何体，该几何体可以分成start，end，top，bottom，outside，inside等几个表面分组，这样就方便给内表面和外表面，以及顶面等设置不同的材质贴图的效果。 主要代码如下：

    this.vert = vert;
    this.rawUV = rawUV;
    this.pathU = pathU;

    this.indices =  []
    this.vertices = [];
    this.uvs = [],
    this.normals = [];

    this.generateSideWall(vert,inner,outer,innerTop, outerTop, true,closed);
    this.generateSideWall(vert,inner,outer,innerTop, outerTop, false,closed);

    this.generateTopBottom(vert,inner,outer,innerTop,outerTop,true,closed);
    this.generateTopBottom(vert,inner,outer,innerTop,outerTop,false,closed);

    if(!closed) {
        this.generateAZSide(vert,inner,outer,innerTop,outerTop,true);
        this.generateAZSide(vert,inner,outer,innerTop,outerTop,false);
    }

通过PathCubeGeometry，我们可以方便的构建墙体,比如如下示例代码：

const materials = [m1, m2, m3, m3, m3, m3];
const points = json.outerWall.path;
const p0 = points[0];
const path = new Path3D();
const scale = 20;
path.moveTo(p0.x * scale, p0.y * scale, p0.z * scale);
for (let i = 1; i < points.length; i++) {
let p = points[i];
    path.lineTo(p.x * scale, p.y * scale, p.z * scale);
}
path.closePath();
cosnt patCube = new PathCubeGeometry(path, 10, 50, 32, 500);
const mesh = new dt.Mesh(patCube, materials);

首先通过Path3D构造一个路径（路径来源于传入的一系列点points），然后通过路径构造一个结合体对象PathCubeGeometry，最后生成实体，效果如下图所示：

门和窗

构造门和窗的难度不大，一般都通过立方体 + 贴图的方式就可以生成。比如如下代码可以生成一个双开门：

function createDoor(pos) {
  var cube = new CubeGeometry(200, 400, 5);
  var material = createMaterial(graph, {
    color: 0xffffff,
    flatShading: true,
    map: "./images/glass-wall6.png",
    transparent: true,
  });

  material.map.repeat.set(0.5, 1);
  var leftDoor = new Mesh(cube, material);
  leftDoor.position.copy(pos.clone().sub(new Vec3(100)));
  leftDoor.attr("type", "left_door");
  leftDoor._type = "left_door";
  dataModel.add(leftDoor);

  var rightDoor = new Mesh(cube, material);
  rightDoor.position.copy(pos.clone().add(new Vec3(100)));
  rightDoor._type = "right_door";
  dataModel.add(rightDoor);
}

创建的门的效果如下图所示：

创建单开门和窗户的思路是一致的。不过难点的地方是门窗所在的位置，墙体本身需要挖洞。挖洞需要使用BSP功能。

BSP挖洞

BSP操作可以对模型进行交集 并集 差集的操作。 要在墙上挖洞，可以在墙的几何体上进行差集操作，比如减去一个立方体，这样就可以在墙面上生成一个方型的洞。

在THREEJS上面，有一个开源的BSP包，THREEBSP。

代码如下所示：

var csg = new CSG().setFromGeometry(patCube);
var csg2 = new CSG().setFromGeometry(cubeGeometry);
var csg3 = new CSG().setFromGeometry(cubeGeometry2);
csg.subtractOperand(csg2);
csg.subtractOperand(csg3);
var geometry = csg.toGeometry();
var mesh = new Mesh(geometry, materials);

最后生成的效果如下图所示：

在把创建好的门和窗放到相应的挖洞位置，效果如下所示：

创建地板

在threejs中，通过ExtrudeGeometry可以创建地板的几何体，然后指定地板的材质，既可以创建一个地板对象 代码如下所示：

  var path = new ShapePath();
  var texture = graph.loadTexture("./images/floor.jpg", {
    wrapT: RepeatWrapping,
    wrapS: RepeatWrapping,
  });
  texture.repeat.set(1 / 400, 1 / 400);
  texture.anisotropy = 16;

  let m1 = new BasicMaterial({
    map: texture,
    color: 0xffffff,
    toneMapped: false,
  });
  const simpleShapes = path.toShapes(true);

  var geometry = new ExtrudeGeometry(simpleShapes, {
    depth: 1,
    bevelEnabled: false,
    vertical: true,
  });
  var mesh = new Mesh(geometry, [m1, m1]);
  dataModel.add(mesh);

最终的效果如下所示：

结语

本文介绍了通过代码生成楼层的功能，其中用到了PathCubeGeometry，ExtrudeGeometry，BSP相关技术，其中PathCubeGeometry由于需要自己构建，会稍晚难点; ExtrudeGeometry是threejs本身就存在的对象，BSP也可以找到开源的包可以使用。

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