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前言:本文将围绕:了解什么是全景 --> 怎么构成全景 --> 全景交互原理来进行讲解,手把手教你从零基础实现一个酷炫的Web全景,并讲解其中的原理。小白也能学习,建议收藏学习,有任何疑问,请在评论区讨论,笔者经常查看并回复。
1.1 全景定义
定义:全景是某一空间的_全部_景色。
通俗地说:大家都拍过照片,那我们想想一下拍照片的过程:站在某个空间,拿着相机,朝着某一角度拍摄,就可以获得这角度的景色照片了,而全景呢?是站在某个空间,拿着相机站着,朝着360角度拍摄,获得所有角度的景色照片,组合起来,再通过专门的技术展示给大家看的可交互的照片。
全景示例:
Jietu20210527-113413-HD.gif
体验二维码(支持微信扫码):
image.png
1.2 全景展示方式
全景的展示方式有很多中,比如:柱体全景、立方体全景、球体全景等等……
最最通俗的理解:用一个大的纸箱套在头上,看的场景(这种展示方式就是立方体全景)
image.png
柱体、立方体存在交叉区域,界面在交叉区域交互会呈现死角。所以,最好全景呈现方式是球体全景,360度无死角,本文将以球体全景来讲解。
2.1 认识ThreeJS
目前主流全景的前端实现方式:
作为一个有追求(瞎折腾)前端开发,当然要选择ThreeJS!!!
ThreeJS是Three(3D)+JS(Javascript),它封装了底层的WebGL接口,使得我们能够在不了解图形学知识的前提下,也能用简单的代码实现三维场景的渲染。
要想在屏幕中展示3D图像,大致思路:
以上是ThreeJS渲染物体的固定写法,不理解的话记住也行的?
球体全景所需的图片素材(下图):宽是高的两倍,数值是2的整数倍最好,建议图片宽高为2048px*1024px(后面实现全景会用到哈)
image.png
具体代码实现:
浏览器页面效果(记得开启手机模拟调试):
image.png
2.2 基础知识点
2.2.1 经纬度
本文是使用经纬度来操作全景,需要科普一下经纬度的知识
经纬度是经度与纬度的合称组成一个坐标系统。称为地理坐标系统,它是一种利用三度空间的球面来定义地球上的空间的球面坐标系统,能够标示地球表面上的任何一个位置。
image.png
如图所示,经度:lon,取值范围:[0,360],纬度:lat,取值范围:[-90,90];
2.2.2 经纬度转换三维坐标
球面的点{lon,lat},其中R为球体的半径,求球面的点的在ThreeJS的坐标的位置为:
image.png
解:
X = R * cos(lat)* sin( lon ) Y = R * sin( lat ) Z = R * cos( lat )*cos( lon )
注:ThreeJS中默认的坐标系是右手坐标系,X轴为左右,Y轴为上下,Z轴为前后。
2.3 生成全景的步骤
在2.1的章节中,我们已经完成了绘制一个球体,绘制全景是在其基础上要做调整:
具体步骤如下:
具体代码实现:
效果:
Jietu20210527-172203-HD.gif
至此,我们全景制作已经完成了,(只统计js代码:共_28行_代码,我才不是标题党呢??)。
3.1 手势交互之旋转
手势交互之旋转指单指滑动操作,这与滑动地球仪的交互是一致的。
屏幕坐标系,左上角为原点,X轴:由左向右,Y轴:由上到下, 手指在屏幕滑动会依次触发三个事件:touchstart、touchmove和touchend;event对象中记录了手指屏幕的位置
TeamTalk_IMG_2021-05-27-173217.jpg
手指在屏幕滑动过程:
其中:弧长R值的是屏幕的滑动距离
那么单指在屏幕的滑动,由P1 (clientX1,clientY1)移动到P2 (clientX1,clientY1)长度为,对应经纬度变化:
代码实现:
单指操作效果:
上面的代码已经加上全景的单指交互,但是,缺少了旋转惯性。接下来,我们加一下惯性动画:
滑动惯性实现,手指在屏幕滑动过程:
代码实现:
预览地址:azuoge.github.io/Opanorama/
3.2 手势交互之缩放
手势交互之缩放是双指操作,跟放大图片一样。
前面介绍ThreeJS,提到过相机,全景缩放也是依据相机拍照时,缩放拍摄照片内容的原理是一样的。
image.png
使用ThreeJS创建相机代码如下:
参数说明:
image.png
其中,
其实,很好理解,睁大眼睛,我们就看的视野就广,看到物体就显得小些【缩小】,反之,眯着眼,看到的视野就窄,看到物体就显得大【放大】,可以通过修改右图的 fov 的值来缩放全景图片
那么如何计算fov呢?这时候我们需要双指交互,同计算,开始触摸计算第一次双指的距离,在双指移动中不断计算双指距离,与上一次距离相除即为缩放倍数。
关键代码如下:
体验地址:azuoge.github.io/Opanorama/
3.3 手机陀螺仪交互
html5事件中,deviceorientation事件,此事件是检测设备方向变化时的事件。
H5有两份坐标:
取值范围:
image.png
当将手机垂直,且正面(90度)冲着自己。
image.png
从上图观察,并结合ThreeJS的坐标系,可以得出关键结论:
这alpha角度就不再这次全景交互中。
当将将手机垂直,且正面(90度)冲着自己,转动手机方向演示
Jietu20210530-104349-HD.gif
Chrome浏览器是可以开启陀螺仪模拟,操作如下:
image.png
那么代码就很简单:
效果如下:
Jietu20210530-112850-HD.gif
需要注意的是:H5获取的手机方向数值,在部分android手机,存在明显的抖动,就算手机静止放在桌面上,陀螺仪输出的数据也会抖动;(该问题不属于原理,只是在全景应用过程遇到的问题,不感兴趣的同学可以跳过?)
Jietu20210530-112405-HD.gif
我们需要对陀螺仪的输出的数字做处理,这里采用信号传输中使用的 低通滤波算法
公式如下:
当K=1时,就是真实的数据,小于1,就可以稀释变化值。
但是又有了新的问题:灵敏度和平稳度的矛盾
image.png
通过统计数据得出的结论, K取值为10,灵敏度和平稳度表现较好。
体验地址:azuoge.github.io/Opanorama/
3.4 手势和陀螺仪交互结合
手势和陀螺仪的交互都转化成经纬度来驱动全景,那么,两者结合也就很简单了。
具体思路如下:
其中,touch为手势影响,orienrer为陀螺仪影响,fix为修正因子,保证经纬度在换算的结果始终符合取值范围。
本文完整的代码放在: https://github.com/azuoge/Opanorama,欢迎查阅和讨论。