前言
终于到周末了，前几篇的文章始终给大家介绍2d，canvas 和svg的一些货色。7月份我打算输入3篇万字长文带大家系统地学习可视化表白的3种形式，svg、canvas、webgl。所以这是第一篇文章3d的。 读完本篇文章，你能够学到什么
- 对于three.js 这个框架有一个简略的了解，能够入门下。
- 学习three中的Raycaster，次要是用鼠标来判断以后抉择的是哪一个物体。
- 我用一个简略的实例 带大家用three实现简略的可视化地球案例 。
3d框架的抉择——three.js
1.为什么抉择three.js
官网对 Threejs 的介绍非常简单：“Javascript 3D library”。openGL 是一个跨平台3D/2D的绘图规范，WebGL 则是openGL 在浏览器上的一个实现。web前端开发人员能够间接用WebGL 接口进行编程，但 WebGL 只是十分根底的绘图API，须要编程人员有很多的数学知识、绘图常识能力实现3D编程工作，而且代码量微小。Threejs 对 WebGL 进行了封装，让前端开发人员在不须要把握很多数学知识和绘图常识的状况下，也可能轻松进行web 3D开发，升高了门槛，同时大大晋升了效率。总结来一句话： 就是你不懂计算机图形学，只有了解了three.js的一些基本概念你能够。
Threejs 的基本要素——场景
定义如下：
场景：是一个三维空间，所有物品的容器，能够把场景设想成一个空房间，接下来咱们会往房间里放要出现的物体、相机、光源等。
用代码示意就是如下：
const scene = new THREE.Scene();你就把他设想成一个房间，而后你能够往里面去增加一些物体，加一个正方体哈，加矩形，什么都能够。其实three.js 整个之间的关系是一个 树形构造。
Threejs 的基本要素——相机
相机：Threejs必须要往场景中增加一个相机，相机用来确定地位、方向、角度，相机看到的内容就是咱们最总在屏幕上看到的内容。在程序运行过程中，能够调整相机的地位、方向和角度。
three.js 中的相机分为两种一种是正交相机 和透视相机，接下来我给大家一一介绍，然而了解照相机的状况下，你要先了解一个概念——视椎体
透视相机
视锥体是摄像机可见的空间，看上去像截掉顶部的金字塔。视锥体由6个裁剪面围成，形成视锥体的4个侧面称为上左下右面，别离对应屏幕的四个边界。为了避免物体离摄像机过近，设置近切面，同时为了避免物体离摄像机太远而不可见，设置远切面。
oc 就是照相机的地位， 近立体、和远平面图中曾经标注。从图中能够看出，棱台组成的6个面之内的货色，是能够被看到的。 影响透视照相机的大小因素：
- 摄像机视锥体垂直视线角度 也就是图中的a
- 摄像机视锥体近端面 也就是图中的 near plane
- 摄像机视锥体远端面 也就是图中的far plane
- 摄像机视锥体长宽比 示意输入图像的宽和高之比
对应的three 中的照相机：
const camera = new THREE.PerspectiveCamera( 45, width / height, 1, 1000 );透视相机最大的特点：就是合乎咱们人眼察看事物的特点， 近大远小。
近大远小的背地的实现原理就是相机会有一个投影矩阵: 投影矩阵的做的事件很简略，就是把视椎体转换成一个正方体。 所以远截面的点就要放大， 近距离的反而放大。
正交相机
正交相机的特点就是视椎体的是一个立方体
在这种投影模式下，无论物体间隔相机距离远或者近，在最终渲染的图片中物体的大小都放弃不变。
这对于渲染2D场景或者UI元素是十分有用的。如图：
three中代码如下：
const camera = new THREE.OrthographicCamera( width / - 2, width / 2, height / 2, height / - 2, 1, 1000 );说完相机就要介绍下图形的组成模式了。
Threejs 的基本要素——网格
在计算机的世界里，一条弧线是由无限个点形成的无限条线段连贯失去的。当线段数量越多，长度就越短，当达到你无奈觉察这是线段时，一条平滑的弧线就呈现了。 计算机的三维模型也是相似的。只不过线段变成了立体，广泛用三角形组成的网格来形容。咱们把这种模型称之为 Mesh 模型。
一条弧线由多条线段失去，线段的数量越多，越靠近弧线。 不懂的小伙伴，能够看下我的这篇文章：面试官问我会canvas? 我能够绘制一个烟花动画外面贝塞尔曲线能够是用一段段小线段去拟合起来的 。
three.js 背地所有的图形在进行渲染之前， 都会进行三角化， 而后交给webgl 去渲染。
Threejs提供了一些常见的几何形态，有三维的也有二维的，三维的比方长方体、球体等，二维的比方长方形圆形等，如果默认提供的形态不能满足需要，也能够自定义通过定义顶点和顶点之间的连线绘制自定义几何形态，更简单的模型还能够用建模软件建模后导入。
2d
3d
有了形态，可能渲染进去的图形没有漂亮的样子，这时候材质就进去了。 组成的mesh其实是有两个局部：
材质(Material)+几何体(Geometry)就是一个 mesh，Threejs提供了集中比拟有代表性的材质，罕用的用漫反射、镜面反射两种材质，还能够引入内部图片，贴到物体外表，成为纹理贴图。大家有趣味能够本人去试一下。如图：
Threejs 的基本要素——灯光
如果没有光，摄像机看不到任何货色，因而须要往场景增加光源，为了跟真实世界更加靠近，Threejs反对模仿不同光源，展示不同光照成果，有点光源、平行光、聚光灯、环境光等。
AmbientLight(环境光)
环境光会平均的照亮场景中的所有物体，环境光不能用来投射暗影，因为它没有方向。
const light = new THREE.AmbientLight( 0x404040 ); // soft white light平行光（DirectionalLight）
平行光是沿着特定方向发射的光。这种光的体现像是有限远,从它收回的光线都是平行的。经常用平行光来模仿太阳光 的成果; 太阳足够远，因而咱们能够认为太阳的地位是有限远，所以咱们认为从太阳收回的光线也都是平行的。
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight( 0xffffff, 0.5 );点光源（PointLight）
从一个点向各个方向发射的光源。一个常见的例子是模仿一个灯泡收回的光。
const light = new THREE.PointLight( 0xff0000, 1, 100 );聚光灯（SpotLight）
光线从一个点沿一个方向射出，随着光线照耀的变远，光线圆锥体的尺寸也逐步增大。
const spotLight = new THREE.SpotLight( 0xffffff );还有一些其余的灯光，感兴趣的小伙伴能够自行去three.js 官网查看。
Threejs 的基本要素——渲染器
渲染器就是去渲染你场景中灯光、相机、网格哇。
let renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, // true/false示意是否开启反锯齿 alpha: true, // true/false 示意是否能够设置背景色通明 precision: 'highp', // highp/mediump/lowp 示意着色精度抉择 premultipliedAlpha: false, // true/false 示意是否能够设置像素深度（用来度量图像的分率） preserveDrawingBuffer: true, // true/false 示意是否保留绘图缓冲 maxLights: 3, // 最大灯光数 stencil: false // false/true 示意是否应用模板字体或图案three.js大体的一些因素我都介绍过了，接上面就进入在正题了，three.js 如何实现一个可视化地图呢？
可视化地图——three.js实现
场景的搭建
我先不论地图不地图的，地图的这些形态必定是搁置到场景中的。跟着我的脚步一步一步去搭建一个场景。场景的搭建就照相机，渲染器。我用一个map类来示意代码如下：
class chinaMap { constructor() { this.init() } init() { // 第一步新建一个场景 this.scene = new THREE.Scene() this.setCamera() this.setRenderer() } // 新建透视相机 setCamera() { // 第二参数就是 长度和宽度比 默认采纳浏览器 返回以像素为单位的窗口的外部宽度和高度 this.camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000 ) } // 设置渲染器 setRenderer() { this.renderer = new THREE.WebGLRenderer() // 设置画布的大小 this.renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight) //这里 其实就是canvas 画布 renderer.domElement document.body.appendChild(this.renderer.domElement) } // 设置环境光 setLight() { this.ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff) // 环境光 this.scene.add(ambientLight) } }下面我做了一一的解释，当初场景有了，灯光也有了， 咱们看下样子。
对场景黑乎乎的什么都没有， 接下来咱们我轻易轻易加一个长方体并且调用renderer的render办法。代码如下：
init() { //第一步新建一个场景 this.scene = new THREE.Scene() this.setCamera() this.setRenderer() const geometry = new THREE.BoxGeometry() const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 }) const cube = new THREE.Mesh(geometry, material) this.scene.add(cube) this.render()}//render 办法 render() { this.renderer.render(this.scene, this.camera)}依照下面去做你会页面还是明明都曾经加了，为什么呢？
默认状况下，当咱们调用scene.add()的时候，物体将会被增加到(0,0,0)坐标。但将使得摄像机和立方体彼此在一起。为了避免这种状况的产生，咱们只须要将摄像机略微向外挪动一些即可
所以只有将照相机的地位z轴属性调整一下就能够到图片了
// 新建透视相机 setCamera() { // 第二参数就是 长度和宽度比 默认采纳浏览器 返回以像素为单位的窗口的外部宽度和高度 this.camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000 ) this.camera.position.z = 5 }图片如下：
这时候有同学就会问，嗯搞半天不和canvas 2d 一样嘛，有什么区别？ 看不出平面的感觉？ OK 接下来我就让这个立方体动起来。 其实就是不停的去调用 咱们render 函数。 咱们用reqestanimationframe。尽量还是不要用setInterval，有一个很简略的优化。
requestAnimationFrame有很多的长处。最重要的一点或者就是当用户切换到其它的标签页时，它会暂停，因而不会节约用户贵重的处理器资源，也不会损耗电池的使用寿命。
我这里做的让立方体的x,y 一直的+0.1。 先看下代码：
render() { this.renderer.render(this.scene, this.camera)}animate() { requestAnimationFrame(this.animate.bind(this)) this.cube.rotation.x += 0.01 this.cube.rotation.y += 0.01 this.render()}效果图如下：
是不是有那个那个感觉了， 我是以最简略的立方体的旋转，带大家从头入门下three.js。 如果看到这里感觉这里，感觉对你有帮忙的话，心愿你能给我点个赞哦，感激各位老铁了！上面正式地图需要剖析。
地图数据的取得
其实最重要的是获取地图数据， 大家能够理解下openStreetMap
这个是一个可供自在编辑的世界地图。OpenStreetMap容许你查看，编辑或者应用世界各地的天文数据来帮忙你。
这里我本人把中国地图的数据json拷贝下来了，代码如下：
// 加载地图数据loadMapData() { const loader = new THREE.FileLoader() loader.load('../json/china.json', (data) => { const jsondata = JSON.parse(JSON.stringify(data)) })}我给大家先看下json 数据的格局
其实次要的是上面有个经纬度坐标， 其实这个才是我关怀的，有了点能力生成线，最初能力生成立体。 这里波及到一个知识点， 墨卡托投影转换。 墨卡托投影转换能够把咱们经纬度坐标转换成咱们对应立体的2d坐标。 大家对这个推导过程的理性的能够看下这篇文章： 传送门
这里我间接用可视化框架——d3 它外面有自带的墨卡托投影转换。
// 墨卡托投影转换 const projection = d3 .geoMercator() .center([104.0, 37.5]) .scale(80) .translate([0, 0])因为中国有很多省,每个省都对应一个Object3d。
Object3d是three.js 所有的基类, 提供了一系列的属性和办法来对三维空间中的物体进行操纵。能够通过.add( object )办法来将对象进行组合，该办法将对象增加为子对象
我这里的整个中国是一个大的Object3d，每一个省是一个Object3d，省是挂在中国下的。 而后中国这个Map挂在scene这个Object3d下。 很显著，在three.js 是一个很典型的树形数据结构，我画了张图给大家看下。
Scence场景下挂了很多货色， 其中有一个就是Map, 整个地图， 而后每个省份， 每个省份又是由Mesh和lLine 组成的。
咱们看下代码：
generateGeometry(jsondata) { // 初始化一个地图对象 this.map = new THREE.Object3D() // 墨卡托投影转换 const projection = d3 .geoMercator() .center([104.0, 37.5]) .scale(80) .translate([0, 0]) jsondata.features.forEach((elem) => { // 定一个省份3D对象 const province = new THREE.Object3D() this.map.add(province) }) this.scene.add(this.map) }看到这里我想你可能没有什么问题，咱们整体框架定下来了，接下来咱们进入外围环节
生成地图几何体
这里用到了 Three.shape() 和 THREE.ExtrudeGeometry（） 为什么会用到这个呢？ 我给大家解释下， 首先每一个省份轮廓组成的下标是一个 2d坐标，然而咱们要生成立方体，shape() 能够定义一个二维形态立体。 它能够和ExtrudeGeometry一起应用，获取点，或者获取三角面。
代码如下：
// 每个的 坐标 数组 const coordinates = elem.geometry.coordinates // 循环坐标数组 coordinates.forEach((multiPolygon) => { multiPolygon.forEach((polygon) => { const shape = new THREE.Shape() const lineMaterial = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 'white', }) const lineGeometry = new THREE.Geometry() for (let i = 0; i < polygon.length; i++) { const [x, y] = projection(polygon[i]) if (i === 0) { shape.moveTo(x, -y) } shape.lineTo(x, -y) lineGeometry.vertices.push(new THREE.Vector3(x, -y, 4.01)) } const extrudeSettings = { depth: 10, bevelEnabled: false, } const geometry = new THREE.ExtrudeGeometry( shape, extrudeSettings ) const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: '#2defff', transparent: true, opacity: 0.6, }) const material1 = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: '#3480C4', transparent: true, opacity: 0.5, }) const mesh = new THREE.Mesh(geometry, [material, material1]) const line = new THREE.Line(lineGeometry, lineMaterial) province.add(mesh) province.add(line) }) })遍历第一个点的的和canvas2d画图其实是截然不同的， 挪动终点， 而后前面在划线， 画出轮廓。而后咱们在这里能够设置拉伸的深度， 而后接下来就是设置材质了。lineGeometry 其实 对应的是轮廓的边线。咱们看下图片吧：
相机辅助视图
为了不便调相机地位， 我减少了辅助视图， cameraHelper。 而后你回看下屏幕会呈现一个十字架，而后咱们就能够一直地调整相机的地位，让咱们地地图处于画面的地方：
addHelper() { const helper = new THREE.CameraHelper(this.camera) this.scene.add(helper)}通过辅助的视图地一直调整：
哈哈哈哈，是不是有那个滋味了。到这里咱们的中国地图曾经在画布的地方了就曾经实现了。
减少交互控制器
当初地图是曾经生成了，然而用户交互感比拟差，这里咱们引入three的OrbitControls 能够用鼠标在画面随便转动，就能够看到立方体的每一个局部了。然而这个办法不在three 的包外面， 得独自引入一个文件代码如下：
setController() { this.controller = new THREE.OrbitControls( this.camera, document.getElementById('canvas') )}咱们看下成果：
射线追踪
然而对于我本人而言还是不称心， 我怎么晓得的我点击的是哪一个省份呢，OK这时候就要引入咱们three中十分重要的一个类了，Raycaster 。
这个类用于进行raycasting（光线投射）。 光线投射用于进行鼠标拾取（在三维空间中计算出鼠标移过了什么物体）。
咱们能够对canvas监听的onmouseMove 事件，而后 咱们就能够晓得以后挪动的鼠标是抉择的哪一个mesh。然而在这之前，咱们先对每一个province这个对象上减少一个属性来示意他是哪一个省份的。
// 将省份的属性 加进来province.properties = elem.propertiesOk, 咱们能够引入射线追踪了带入如下：
setRaycaster() { this.raycaster = new THREE.Raycaster() this.mouse = new THREE.Vector2() const onMouseMove = (event) => { // 将鼠标地位归一化为设施坐标。x 和 y 方向的取值范畴是 (-1 to +1) this.mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1 this.mouse.y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1 } window.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false)}animate() { requestAnimationFrame(this.animate.bind(this)) // 通过摄像机和鼠标地位更新射线 this.raycaster.setFromCamera(this.mouse, this.camera) this.render()}因为咱们不停地在在画布挪动， 所以须要不停的的射线地位。当初有了射线， 那咱们须要场景的所有货色去比拟了，rayCaster 也提供了办法代码如下：
const intersects = this.raycaster.intersectObjects( this.scene.children, // 场景的 true // 若为true，则同时也会检测所有物体的后辈。否则将只会检测对象自身的相交局部)这个intersects失去的穿插很多，然而呢咱们只抉择其中一个，那就是物体材质个数有两个的， 因为咱们下面就是用对mesh用两个材质
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, [material, material1])所以过滤代码如下
animate() { requestAnimationFrame(this.animate.bind(this)) // 通过摄像机和鼠标地位更新射线 this.raycaster.setFromCamera(this.mouse, this.camera) // 算出射线 与当场景相交的对象有那些 const intersects = this.raycaster.intersectObjects( this.scene.children, true ) const find = intersects.find( (item) => item.object.material && item.object.material.length === 2 ) this.render()}我怎么晓得我到底找到没，咱们对找到的mesh将它的外表变成灰色，然而这样会导致一个问题，咱们鼠标再一次挪动的时候要把上一次的材质给他恢复过来。
代码如下：
animate() { requestAnimationFrame(this.animate.bind(this)) // 通过摄像机和鼠标地位更新射线 this.raycaster.setFromCamera(this.mouse, this.camera) // 算出射线 与当场景相交的对象有那些 const intersects = this.raycaster.intersectObjects( this.scene.children, true ) // 复原上一次清空的 if (this.lastPick) { this.lastPick.object.material[0].color.set('#2defff') this.lastPick.object.material[1].color.set('#3480C4') } this.lastPick = null this.lastPick = intersects.find( (item) => item.object.material && item.object.material.length === 2 ) if (this.lastPick) { this.lastPick.object.material[0].color.set(0xff0000) this.lastPick.object.material[1].color.set(0xff0000) } this.render() }看下效果图：
减少tooltip
为了让交互更加完满，找到了同时在鼠标右下方显示个tooltip，那这个必定是一个div默认是影藏的，而后依据鼠标的挪动挪动相应的地位。
第一步新建div
<div id="tooltip"></div>第二步设置款式 默认是影藏的
#tooltip { position: absolute; z-index: 2; background: white; padding: 10px; border-radius: 2px; visibility: hidden;}第三步更改div的地位：
setRaycaster() { this.raycaster = new THREE.Raycaster() this.mouse = new THREE.Vector2() this.tooltip = document.getElementById('tooltip') const onMouseMove = (event) => { this.mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1 this.mouse.y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1 // 更改div地位 this.tooltip.style.left = event.clientX + 2 + 'px' this.tooltip.style.top = event.clientY + 2 + 'px' } window.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false) }最初一步设置tooltip的名字：
showTip() { // 显示省份的信息 if (this.lastPick) { const properties = this.lastPick.object.parent.properties this.tooltip.textContent = properties.name this.tooltip.style.visibility = 'visible' } else { this.tooltip.style.visibility = 'hidden' } }到这里，整个3d可视化地球我的项目曾经实现了， 咱们一起看下成果吧。
总结
各位读者，如果感觉看完对你有帮忙的话， 心愿你不要悭吝你手中的，点个和关注是对我最大的反对，常识输入不容易，而我勿忘初心，继续分享可视化的好文章，如果你对可视化感兴趣，你能够关注上面我的可视化专栏，或者能够关注我的公众号： 前端图形，继续分享计算机图形学常识。本篇文章的所有代码都在我的github 上 欢送star， 最初文章有哪里写的不对的中央，欢送斧正交换。