可视化地图——three.js实现

场景的搭建

我先不管地图不地图的，地图的这些形状肯定是放置到场景中的。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类来表示代码如下：

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 默认采用浏览器  返回以像素为单位的窗口的内部宽度和高度
      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)
    }
  }

上面我做了一一的解释，现在场景有了，灯光也有了，我们看下样子。

image-20210703140701037.png

对场景黑乎乎的什么都没有，接下来我们我随便随便加一个长方体并且调用renderer的render方法。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 方法 
render() {
  this.renderer.render(this.scene, this.camera)
}

按照上面👆去做你会页面还是明明都已经加了，为什么呢？

「默认情况下，当我们调用scene.add()的时候，物体将会被添加到(0,0,0)坐标。但将使得摄像机和立方体彼此在一起。为了防止这种情况的发生，我们只需要将摄像机稍微向外移动一些即可」

所以只要将照相机的位置z轴属性调整一下就可以到图片了

// 新建透视相机
  setCamera() {
    // 第二参数就是 长度和宽度比 默认采用浏览器  返回以像素为单位的窗口的内部宽度和高度
    this.camera = new THREE.PerspectiveCamera(
      75,
      window.innerWidth / window.innerHeight,
      0.1,
      1000
    )
    this.camera.position.z = 5
  }

图片如下：

image-20210703142305435.png

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？看不出立体的感觉？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我们render 函数。我们用reqestanimationframe。尽量还是不要用setInterval，有一个很简单的优化。

「requestAnimationFrame」有很多的优点。最重要的一点或许就是当用户切换到其它的标签页时，它会暂停，因此不会浪费用户宝贵的处理器资源，也不会损耗电池的使用寿命。

我这里做的让立方体的x,y 不断的+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：

640 (8).gif

立方体的旋转.gif

是不是有那个那个感觉了，我是以最简单的立方体的旋转，带大家从头入门下three.js。如果看到这里觉得这里，觉得对你有帮助的话，希望你能给我点个赞👍哦，感谢各位老铁了！下面正式地图需求分析。

地图数据的获得

其实最重要的是获取地图数据，大家可以了解下openStreetMap

这个是一个可供自由编辑的世界地图。OpenStreetMap允许你查看，编辑或者使用世界各地的地理数据来帮助你。

这里我自己把中国地图的数据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 数据的格式

![image-20210703154646470](/Users/wangzhengfei/Library/Application

Support/typora-user-images/image-20210703154646470.png)

其实主要的是下面有个经纬度坐标，其实这个才是我关心的，有了点才能生成线，最后才能生成平面。这里涉及到一个知识点， 「墨卡托投影转换」。墨卡托投影转换可以把我们经纬度坐标转换成我们对应平面的2d坐标。大家对这个推导过程的感性的可以看下这篇文章：传送门

这里我直接用可视化框架——「d3」 它里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])

由于中国有很多省,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方法来对三维空间中的物体进行操纵。可以通过.add( object )方法来将对象进行组合，该方法将对象添加为子对象

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。然后中国这个Map挂在scene这个Object3d下。很明显，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。

image-20210704115145494.png

Scence场景下挂了很多东西，其中有一个就是Map, 整个地图，然后每个省份，每个省份又是由Mesh和lLine 组成的。

我们看下代码：

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，我们整体框架定下来了，接下来我们进入核心环节

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，但是我们要生成立方体，shape() 可以定义一个二维形状平面。它可以和ExtrudeGeometry一起使用，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画图其实是一模一样的，移动起点，然后后面在划线，画出轮廓。然后我们在这里可以设置拉伸的深度，然后接下来就是设置材质了。

lineGeometry 其实对应的是轮廓的边线。我们看下图片吧：

image-20210704142519856.png

相机辅助视图

为了方便调相机位置，我增加了辅助视图， cameraHelper。然后你回看下屏幕会出现一个十字架，然后我们就可以不断地调整相机的位置，让我们地地图处于画面的中央：

addHelper() {
  const helper = new THREE.CameraHelper(this.camera)
  this.scene.add(helper)
}

经过辅助的视图地不断调整：

哈哈哈哈，是不是有那个味道了。到这里我们的中国地图已经在画布的中央了就已经实现了。

增加交互控制器

现在地图是已经生成了，但是用户交互感比较差，这里我们引入three的OrbitControls 可以用鼠标在画面随意转动，就可以看到立方体的每一个部分了。但是这个方法不在three 的包里面，得单独引入一个文件代码如下：

setController() {
  this.controller = new THREE.OrbitControls(
    this.camera,
    document.getElementById('canvas')
  )
}

我们看下效果：

640 (9).gif

轨道控制器.gif

射线追踪

但是对于我自己而言还是不满意，我怎么知道的我点击的是哪一个省份呢，OK这时候就要引入我们three中非常重要的一个类了，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）。

我们可以对canvas监听的onmouseMove 事件，然后我们就可以知道当前移动的鼠标是选择的哪一个mesh。但是在这之前，我们先对每一个province这个对象上增加一个属性来表示他是哪一个省份的。

// 将省份的属性 加进来
province.properties = elem.properties

Ok, 我们可以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) => {
    // 将鼠标位置归一化为设备坐标。x 和 y 方向的取值范围是 (-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))
  // 通过摄像机和鼠标位置更新射线
  this.raycaster.setFromCamera(this.mouse, this.camera)
  this.render()
}

由于我们不停地在在画布移动，所以需要不停的的射线位置。现在有了射线，那我们需要场景的所有东西去比较了，rayCaster 也提供了方法代码如下：

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代。否则将只会检测对象本身的相交部分
)

这个intersects得到的交叉很多，但是呢我们只选择其中一个，那就是物体材质个数有两个的，因为我们上面就是用对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))
  // 通过摄像机和鼠标位置更新射线
  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()
}

我怎么知道我到底找到没，我们对找到的mesh将它的表面变成灰色，但是这样会导致一个问题，我们鼠标再一次移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))
    // 通过摄像机和鼠标位置更新射线
    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
    )
    // 恢复上一次清空的
    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：

640 (10).gif

鼠标pick.gif

增加tooltip

为了让交互更加完美，找到了同时在鼠标右下方显示个tooltip，那这个肯定是一个div默认是影藏的，然后根据鼠标的移动移动相应的位置。

第一步新建div

<div id="tooltip"></div>

第二步设置样式默认是影藏的

#tooltip {
  position: absolute;
  z-index: 2;
  background: white;
  padding: 10px;
  border-radius: 2px;
  visibility: hidden;
}

第三步更改div的位置：

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位置
      this.tooltip.style.left = event.clientX + 2 + 'px'
      this.tooltip.style.top = event.clientY + 2 + 'px'
    }
    window.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false)
  }

最后一步设置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可视化地球项目已经完成了，我们一起看下效果吧。

640 (11).gif

最终效果.gif

带你入门three.js——从0到1实现一个3d可视化地图(二)

可视化地图——three.js实现

场景的搭建

地图数据的获得

生成地图几何体

相机辅助视图

增加交互控制器

射线追踪

增加tooltip

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