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实现一个360全景的N种方案

2021-03-29 1819
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简介： 手把手教你实现360全景浏览效果。
作者 | 甜虾

image.png
360全景浏览是一种性价比很高的虚拟现实解决方案，给人一种全新的浏览体验，让你足不出户就能身临其境地感受到现场的环境。该技术被广泛地应用在房产、酒店、家居等领域。在互联网订房已经普及的时代，在网站上用全景展示酒店宾馆的各种餐饮和住宿设施，是吸引顾客的好办法。利用网络，远程虚拟浏览宾馆的外型、大厅、客房、会议厅等各项服务场所，展现宾馆舒适的环境，给客户以实在感受，促进客户预定客房。在酒店大堂提供客房的全景展示，再也不用麻烦客户在各个房间会场穿梭，就能观看各房间的真实场景，更方便客户确认和挑选客房，进而提高效率，用户体验更胜一筹。

下面我们使用三种方法讨论一个360全景的实现。

CSS3

利用 CSS 中的变换、旋转等属性就可以实现一个360全景。实现的基本思路如下：

  • 利用 CSS3 做出一个 3D 立方体。
  • 在立方体的6个面设置目标图片（利用全景工具导出的图片，一共有6张）。
  • 使用perspective、translateZ、transform-style: preserve-3d 等属性改变视图的大小。
  • 添加触摸事件改变translateX、translateY的角度数即可实现一个基本的全景图效果。

下面我们尝试使用 div 做出一个 3D 立方体：

写出6个面：

<div class="scene">
  <div class="cube">
    <div class="cube__face cube__face--front">front</div>
    <div class="cube__face cube__face--back">back</div>
    <div class="cube__face cube__face--right">right</div>
    <div class="cube__face cube__face--left">left</div>
    <div class="cube__face cube__face--top">top</div>
    <div class="cube__face cube__face--bottom">bottom</div>
  </div>
</div>

image.png
perspective 指定观察者与 z=0 平面的距离，使具有三维位置变换的元素产生透视效果（近大远小原理）。transform-style 指定其为子元素提供2D还是3D的场景。

如下图，高度为 600px 的元素，距离 z=0 的屏幕 300px，视角与屏幕距离1000px，根据相似三角形的原理，可以计算出该元素在屏幕上的投影高度为 857px，即实际我们看到的元素高度。
image.png
关于这个属性的详细讲解可查看css3系列之详解perspective。

写出基本定位

.scene {
  width: 200px;
  height: 200px;
  perspective: 600px;
}

.cube {
  width: 100%;
  height: 100%;
  position: relative;
  transform-style: preserve-3d;
}

.cube__face {
  position: absolute;
  width: 200px;
  height: 200px;
}

image.png

旋转各面，使“三对”面互相垂直，达到如下效果

image.png

.cube__face--front  { transform: rotateY(  0deg); }
.cube__face--right  { transform: rotateY( 90deg); }
.cube__face--back   { transform: rotateY(180deg); }
.cube__face--left   { transform: rotateY(-90deg); }
.cube__face--top    { transform: rotateX( 90deg); }
.cube__face--bottom { transform: rotateX(-90deg); }

结果如下图：

image.png

貌似看不出怎么变换的？我们将以上重合的两个面的旋转角度稍微调整下，就可以更直观地看出效果：

image.png

各面继续向两侧位移

.cube__face--front  { transform: rotateY(  0deg) translateZ(100px); }
.cube__face--right  { transform: rotateY( 90deg) translateZ(100px); }
.cube__face--back   { transform: rotateY(180deg) translateZ(100px); }
.cube__face--left   { transform: rotateY(-90deg) translateZ(100px); }
.cube__face--top    { transform: rotateX( 90deg) translateZ(100px); }
.cube__face--bottom { transform: rotateX(-90deg) translateZ(100px); }

image.png

整个过程可用下图表示：

640 (2).gif

最终效果：

640 (3).gif

通过调整容器样式的 perspective 属性值，将视角放置在立方体中。将每个面的尺寸放大，添加上全景图切出的6面图，添加上鼠标事件，便可实现360全景效果。

640 (4).gif

扫码看效果：

image.png

Three.js

Three.js 是一款运行在浏览器中的 webGL 引擎，我们可以用它创建各种三维场景，包括了摄影机、光影、材质等各种对象，利用 Three.js 我们可以轻松地实现各种想要的几何体。

上面的方案中，我们用 CSS3 “拼”出了一个立方体，而webGL中立方体等各种几何体是最常见的。我们可以利用 Threejs 中的立方体实现全景图功能，把立方体当成天空盒子，将无缝衔接的图片贴上，看起来就像在一个场景中，相机一般放置在中央，只要离边缘足够远就看不出是立方体，但如果超出边界就能看到他们。

下面是简单的实现过程：

初始化一个立方体几何，给材料上色，便得到了一个立方体：

const geometry = new THREE.BoxBufferGeometry( 1, 1, 1 );
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x156289 });
const skyBox = new THREE.Mesh(geometry, material);

640 (5).gif

将立方体的纹理颜色换成图片纹理：

const texture = new THREE.TextureLoader().load('textures/crate.gif');
const geometry = new THREE.BoxBufferGeometry( 1, 1, 1 );
const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { map: texture } );
const skyBox = new THREE.Mesh(geometry, material);

640 (6).gif

将6张全景图片替换掉上面相同的纹理：

图片加载的顺序是正X(px.jpg)，负X(nx.jpg)，正Y(py.jpg)，负Y(ny.jpg)，正Z(pz.jpg)和负Z(nz.jpg)，将他们分别赋给6个材质的贴图，作为立方体skyBox的材质。

image.png

const geometry = new THREE.BoxBufferGeometry( 1, 1, 1 );
const textures = [
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01LsO1Bk20QbKpFTUQr_!!6000000006844-0-tps-1500-1500.jpg',
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01uTWCLc1XOCOuA92H0_!!6000000002913-0-tps-1500-1500.jpg',
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN016lU3YJ1JdrJuFTcWt_!!6000000001052-0-tps-1500-1500.jpg',
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/O1CN01nYe2Mn1ohkmBVyKpp_!!6000000005257-0-tps-1500-1500.jpg',
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN014TNffn1nlaTfA98Fg_!!6000000005130-0-tps-1500-1500.jpg',
  'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01sS5m781ya6JgLSaVk_!!6000000006594-0-tps-1500-1500.jpg',
];
const materials = [];
const textureLoader = new THREE.TextureLoader();

for (let i = 0; i < 6; i ++ ) {
  materials.push( new THREE.MeshBasicMaterial({ map: textureLoader.load(textures[i]) }));
}
const skyBox = new THREE.Mesh(geometry, materials);

640 (7).gif

因为相机在skyBox的内部，而内部的面不会显示，所以要将X轴或者Z轴的放大倍数变为负数，这样才能看到内部，scale.z=-1时相当于将Z轴正向的面移到Z轴负方向上。

skyBox.geometry.scale( 1, 1, - 1 );

640 (8).gif

进一步优化体验：

camera.position.z = 0.01;  // 将相机放在里面
const controls = new OrbitControls( camera, renderer.domElement );
controls.enableZoom = false; // 禁用放大
controls.enablePan = false; // 禁用双指缩放
controls.enableDamping = true; // 开启阻尼效果
controls.rotateSpeed = -0.25; // 旋转方向取反，使内部拖拽旋转方向一致

扫码看效果：

image.png

pannellum

pannellum 是一个轻量级、免费、开源的基于 webGL 的全景播放器。支持多种投影方式、支持热点、支持漫游、视频等，且文档清晰明了、简单易用、API 比较丰富，易于功能扩展。

使用：

pannellum.viewer(
  'container',
  {
    type: 'cubemap',
    cubeMap: [
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN014TNffn1nlaTfA98Fg_!!6000000005130-0-tps-1500-1500.jpg',
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01LsO1Bk20QbKpFTUQr_!!6000000006844-0-tps-1500-1500.jpg',
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01sS5m781ya6JgLSaVk_!!6000000006594-0-tps-1500-1500.jpg',
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01uTWCLc1XOCOuA92H0_!!6000000002913-0-tps-1500-1500.jpg',
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN016lU3YJ1JdrJuFTcWt_!!6000000001052-0-tps-1500-1500.jpg',
      'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/O1CN01nYe2Mn1ohkmBVyKpp_!!6000000005257-0-tps-1500-1500.jpg',
    ]
  }
);

扫码看效果：

image.png

@ali/rmpi-cube

@ali/rmpi-cube 是我们基于 pannellum 开发的一个360全景容器组件，支持了立方体投影和球型投影两种方式、支持 pannellum 的所有配置、支持场景切换、陀螺仪效果及添加热点（开发中）等。目前该组件已应用在飞猪酒店详情中。

import React, { useEffect, useState } from 'react';
import Cube from '@ali/rmpi-cube';

export default function CubeDemo() {
  const [scenes, setScenes] = useState([]);

  useEffect(() => {
    // 模拟异步请求
    setTimeout(() => {
      setScenes(
        [
          {
            preview: 'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01dVOIEe1IhEcaIPw2z_!!6000000000924-0-tps-100-100.jpg',
            title: '客厅',
            // type: 'equirectangular' 时需要
            // 或 panorama: 'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/6000000007276/O1CN01Hp5gIf23cSOvzzA9k_!!6000000007276-0-hotel.jpg',
             // type: 'cubemap' 时需要
            cubeMap: [
              // 顺序是：前、右、后、左、上、下
              'https://gw.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01550SRA1JcwWgs0sIj_!!6000000001050-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN01e796bV1P2CRfCQkrA_!!6000000001782-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN01GcW84X29SHK4oJlWc_!!6000000008066-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/O1CN01ZHLck11GX2ZgBHA4o_!!6000000000631-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/O1CN019c9xKu1ig1aC7pWPk_!!6000000004441-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/O1CN01XfaKOu1kzNYODz7HD_!!6000000004754-0-tps-1500-1500.jpg'
            ]
          },
          {
            preview: 'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01KU3hrj1uJNO2OdyaC_!!6000000006016-0-tps-100-100.jpg',
            // 或 panorama: 'https://img.alicdn.com/imgextra/i4/6000000004110/O1CN01lKLSsP1gEQSNAMIsJ_!!6000000004110-0-hotel.jpg',
            title: '书房',
            cubeMap: [
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01fWDIfB1bWgC3NnVVa_!!6000000003473-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/O1CN01xt97cb1YMeg4BOCbI_!!6000000003045-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN01xKTq1u1DR8cdeMeYt_!!6000000000212-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01Zko8Qy1p1uCLUYBji_!!6000000005301-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i3/O1CN01k3AVvK28W71UNWXW7_!!6000000007939-0-tps-1500-1500.jpg',
              'https://img.alicdn.com/imgextra/i1/O1CN015MBT6P1N8x3J83Fqo_!!6000000001526-0-tps-1500-1500.jpg'
            ]
          }
           ......
        ]
      );
    }, 1000);
  }, []);

  return (
    <Cube
      container="viwer"
      config={{
        type: 'cubemap', // or 'equirectangular'
        scenes,
      }} />
  );
}

扫码看效果：

image.png

640 (9).gif
640 (10).gif

球型投影

以上的实现全部是利用立方体实现的，除此之外，我们还可以使用圆柱体投影的方式，three.js 和 pannellum 都支持这种方式。
image.png
three.js 中：

const geometry = new THREE.SphereBufferGeometry( 300, 60, 40 ); // 初始化一个球体
geometry.scale( - 1, 1, 1 ); // 翻转x轴，将所有面朝向里
const texture = new THREE.TextureLoader().load( 'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/6000000004217/O1CN01djW9bE1h1QprTMP5d_!!6000000004217-0-hotel.jpg' ); // 加载全景纹理
const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { map: texture } );
mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );

pannellum 中：

pannellum.viewer('panorama', {
    type: 'equirectangular',
    panorama: 'https://img.alicdn.com/imgextra/i2/6000000004217/O1CN01djW9bE1h1QprTMP5d_!!6000000004217-0-hotel.jpg'
});

640 (11).gif

页面和代码可参考 https://threejs.org/examples/#webgl_panorama_equirectangular

球型全景和立方体全景两种方式比较起来各有自己的特点，比如：

  • 球型全景图更贴近人眼的构建模式，只用一张图，但图片的尺寸可能会很大
  • 球型全景图，从赤道到两极，横向拉伸不断加剧，导致南北极存在扭曲的情况
  • 立方体兼容性更好，还可以用css3 实现
  • 从模型上来说,球型是由非常多的三角面拼接出来的，比立方体更复杂，所以立方体有更高的性能

飞猪酒店详情中，服务端对这两种方式都提供了图片资源，但在使用球型全景的方式时少数酒店上传的图片过大，导致部分手机上组件加载资源出错，所以最终决定采用立方体的方式。

krpano

krpano 是一款较专业的全景引擎平台。目前市场中较大的全景平台大部分都用了 krpano 。但由于它用法较复杂，有一定的学习成本，需要掌握其使用的 XML 的各种配置、功能较多较重且是收费的，对于酒店详情的简单的业务场景来说有点重了，所以权衡之后没有选择它，而是选择了相对轻量的 pannellum。

<div id="container"></div>

embedpano({
  xml: 'https://raw.githubusercontent.com/xiaotianxia/three.js-learning/gh-pages/examples/config.xml',
  target: 'container',
  html5: 'auto',
  mobilescale: 1.0,
});

image.png

总结

本文叙述了实现360全景功能4种不同的方案，包括：CSS3、Three.js、pannellum 和 krpano，在基于 webGL 的方案中，介绍了两种主要的投影方式：立方体投影和球型投影，并给出了 demo 代码和页面，推荐了基于 pannellum 开发的360全景容器组件：@ali/rmpi-cube。如有因为，欢迎指正和交流。

参考

  • Front-End Challenge Accepted: CSS 3D Cube

https://www.smashingmagazine.com/2016/07/front-end-challenge-accepted-css-3d-cube/

  • Intro to CSS 3D transforms

https://3dtransforms.desandro.com/

  • css3系列之详解perspective

https://www.cnblogs.com/yanggeng/p/11285856.html

  • threejs

https://threejs.org/

  • pannellum

https://pannellum.org/

image.png

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