基于HTML5 Canvas的CSG构造实体几何书架

CSG 构造实体几何这个概念在工业水利水电施工上、游戏上已经有很多人使用了，最简单的实体表示叫作体元，通常是形状简单的物体，如立方体、圆柱体、棱柱、棱锥、球体、圆锥等。根据每个软件包的不同这些体元也有所不同，在一些软件包中可以使用弯曲的物体进行 CSG 处理，在另外一些软件包中则不支持这些功能。构造物体就是将体元根据集合论的布尔逻辑组合在一起，这些运算包括：并集、交集以及补集。我们一般可以用 CSG 来将简单的模型合在一起生成复杂的模型，这样在构造模型的时候会省很多力。

HT 中的 ht.CSGNode 图元类型就是参考 CSG 封装的一个函数，ht.CSGNode 继承于 ht.Node，当 style 的 shape3d 属性为空时显示为六面体效果，CSGNode如果通过 setHost 吸附到 宿主 CSGNode 或 CSGShape 后，宿主 CSGNode 或 CSGShape 可与吸附的CSGNode图元进行CSG的组合建模。详情请参考 HT for Web 建模手册CSGNode 章节。这里我用 CSG 的概念写了一个例子，让大家能更好地理解这个概念。

本例 Demo 地址： http://hightopo.com/guide/guide/plugin/modeling/examples/example_bookshelf.html

先来看下效果图：

从上面效果图可以看到，我们将界面分为三个部分，这三个部分先是右边部分上下分割，然后将整个界面左右分割，HT 用封装好的 ht.widget.SplitView 进行界面的分割，然后将分割组件添加进底层 div 中：

 dm = new ht.DataModel();// 数据模型
 treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
 gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 组件
 gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
 splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割组件
 mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);   

 view = mainSplit.getView();
 view.className = 'main';
 document.body.appendChild(view);
 window.addEventListener('resize', function (e) {
     mainSplit.invalidate();
 }, false);       

上面代码是一种非常常见的在 HTML 中添加 HT 组件的方法，详情可参考 HT for Web 入门手册组件章节。这种方法进行添加 HT 组件有一个需要注意的点，因为 HT 一般都以设置 position 为 absolute 的绝对定位方式，必须设置 left、right、top、bottom 等等基础 css 样式，像这样：

 .main {
      margin: 0px;
      padding: 0px;
      position: absolute;
      top: 0px;
      bottom: 0px;
      left: 0px;
      right: 0px;
 }

所以为了最外层组件加载填充满窗口的方便性，HT 的所有组件都有 addToDOM 函数，其思想逻辑如下，其中 iv 是 invalidate 的缩写：

 addToDOM = function(){
     var self = this,
     view = self.getView(),
     style = view.style;
     document.body.appendChild(view);
     style.left = '0';
     style.right = '0';
     style.top = '0';
     style.bottom = '0';
     window.addEventListener('resize', function () { self.iv(); }, false);
 }  

以后我们在代码中就可以直接调用 addToDOM 函数，而不用写一大堆代码了，上面代码用 addToDOM 取代之后的代码如下，而且不用描绘 css 样式：

 dm = new ht.DataModel();// 数据模型
 treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
 gv1 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm); //3D 组件
 gv2 = new ht.graph3d.Graph3dView(dm);
 splitView = new ht.widget.SplitView(gv1, gv2, 'v', 0.6);//分割组件
 mainSplit = new ht.widget.SplitView(treeView, splitView, 'h', 0.27);
 mainSplit.addToDOM();

界面分配好之后我们就要对其添加内容了，界面的左边部分是 HT 封装的树组件，我在之前的文章写到过，树组件是一个非常方便的绘制树形关系的组件，开发人员能够轻松地从数据模型 DataModel 中获取数据和节点之间的关系放到树上，只需要在树组件声明的过程中，将对应的数据模型 DataModel 放进树组件的参数即可，当然我们还扩展了很多跟树组件有关的函数，非常方便实用，这里我们只用了 expandAll 函数，将所有对象展开：

 treeView = new ht.widget.TreeView(dm); //树组件
 treeView.expandAll();

右边部分上下分为两部分，都是 3D 场景，就是设置显示有点不同，其他完全相同，上面的 3D 场景重载了 getVisibleFunc 函数，如果元素的 showMe 属性为 true，则可视；如果节点为 ht.CSGNode 类型并且节点的 getHost 函数的参数为空，则不可视；其他情况均可视：

 gv1.setVisibleFunc(function(data){
     if(data.showMe){
         return true;
     }
     if(data instanceof ht.CSGNode && data.getHost()){
         return false;
     }
     return true;
 });

我们先向 3D 场景中添加元素对象，我们先解释中间的书架，对两边的书架有缺的再进行补充。首先我们添加了一个 ht.CSGNode 节点 shelf，作为书架的主节点，其他的节点都是依附于这个节点的，对这个节点设置了位置、大小、名称以及六个面的颜色，然后添加进数据模型 DataModel：

 var shelf = new ht.CSGNode();
 shelf.s3(500, 400, 120);
 shelf.p3(0, 200, 0);
 shelf.setName('shelf1');
 shelf.s({
     'all.color': '#E5BB77'
 });
 dm.add(shelf);

接着向这个 shelf 中添加 10 个节点，做书架的格子效果，并设置依附关系和父子关系添加进数据模型中：

 for(var i=0; i<2; i++){
     for(var j=0; j<5; j++){
         var clipNode = new ht.CSGNode();
         clipNode.setHost(shelf);
         clipNode.s3(80, 100, 120);
         clipNode.p3(-200+j*100, 340-i*120, 20);
         clipNode.setName('substract-'+i+'-'+j);
         clipNode.s('batch', 'tt');
         clipNode.setParent(shelf);
         dm.add(clipNode);
     }
 }

为了让书架变得更美观一点，我们在书架的上下左右都加上了 ht.CSGNode，最后为了更加具象化，我们还添加了一本书，实现方式也差不多，都非常简单：

 var book = new ht.Node();
 book.setName('CSS3: The Missing Manual');
 book.s3(60, 80, 8);
 book.p3(-100, 210, 20);
 book.r3(-Math.PI/6, Math.PI/5, 0);
 book.setIcon('book');
 book.s({
     'front.image': 'book',
     'back.color': 'white',
     'left.color': 'white',
     'all.color': 'gray'
 });
 book.setHost(shelf);
 book.setParent(shelf);
 dm.add(book);   

接着左边的书架也是类似的构建方法，有一点不同的是，这边有一个 ht.CSGBox 类型，继承于 ht.CSGNode，其除具备父类 CSGNode 的挖空等功能外，还可对六个面进行旋转展开关闭的操作，这里我们的节点只设置了前面的能够旋转展开，并且设置了一系列的样式：

 clipNode = new ht.CSGBox();
 clipNode.setName('CSGBox-Expand-Left');
 clipNode.s3(100, 100, 120);
 clipNode.p3(0, 65, 0.1);
 clipNode.setHost(shelf);
 clipNode.showMe = true;
 clipNode.s({
     'all.visible': false,//6面均不可见
     'front.visible': true,//前面可见
     'front.toggleable': true,//允许前面双击展开
     'front.reverse.flip': true,//前面的反面显示正面的内容
     'front.transparent': true,//前面透明
     'front.end': Math.PI * 0.7,//前面展开状态的结束旋转弧度
     'front.color': 'rgba(0, 50, 50, 0.7)'//前面颜色
 });

可能你们还想知道下面的地球是怎么做到的？还记得之前的文章写到过 HT 中设置了 shape3d 属性，设置这个属性实际上就是在操作 setShape3dModel(name, model) 和 getShape3dModel(name)，可以通过这个属性设置为 box|sphere|cylinder|cone|torus|star|rect|roundRect|triangle|rightTriangle|parallelogram|trapezoid 等等模型，这些模型也都是 HT 封装好的，要使用时直接设置 shape3d 为其中的一个值即可，如这个例子中用到 “shape3d: sphere” 就是设置为球体。我们简单地用一张地图图片包裹在这个球体的外侧，当然，这张地图图片是先通过 ht.Default.setImage 注册过的，然后通过 shape3d.image 将图片附到这个节点上：

 earth = new ht.Node();
 earth.setName('earth');
 earth.s3(70, 70, 70);
 earth.p3(0, 50, 0);
 earth.s({
     'shape3d': 'sphere',
     'shape3d.image': 'earth'
 });
 earth.setHost(shelf);
 earth.setParent(shelf);
 dm.add(earth);

右边的书架，同样也是有一个主节点，其他节点依附于它，但是我们看到这边换了一个新的节点类型 ht.DoorWindow，ht.DoorWindow继承于 ht.CSGNode，其除具备父类 CSGNode 的挖空等功能外，还可进行整体的旋转展开关闭的操作， 常用于作为门或窗的业务对象，吸附于 CSGNode 或 CSGShape 的 host 作为墙面的图元。这个节点类型就是 ht.CSGNode 的延展，相对来说就是区分了实际应用而添加了不同的 style 参数，更多的属性请到 HT for Web 建模手册 DoorWindow 章节 查看然后添加到节点中玩玩：

 photos = new ht.DoorWindow();
 photos.setName('DoorWindow-Photos');
 photos.setIcon('ben12');
 photos.s3(110, 100, 130);
 photos.p3(5, 180, 0);
 photos.setHost(shelf);
 photos.showMe = true;
 photos.s({
     'bottom.uv': [1,1, 1,0, 0,0, 0,1],
     'bottom.uv.scale': [1, 1],
     'left.uv.scale': [3, 3],
     'top.uv.scale': [2, 2],
     'dw.s3': [0.8, 0.9, 0.05],
     'dw.t3': [0, -5, 0],
     'dw.axis': 'v',
     'dw.toggleable': false,
     'front.image': 'ben1',
     'back.image': 'ben2',
     'all.color': '#F8CE8B'
 });
 photos.setParent(shelf);
 dm.add(photos);

最后，我们将左侧的地球 earth 和右侧的照片 photo 旋转起来：

 var angle = 0;
 setInterval(function(){
     angle += Math.PI/40;
     earth.r3(0, angle, 0);
     photos.s('dw.angle', angle);
 }, 50);

我们看到，其实虽然 HT 封装了很多不同的 CSG 节点类型，但是实际应用都差不多，而且内容也没有差特别多，差别都是在 style 参数上，但是真的在实际开发中，这种区分就会很大程度上加快开发速度，毕竟名称一目了然，就知道要运用哪些 style 属性了。