不到30行 JS 实现一个炫酷的全景交互

╰半橙微兮° 2022-10-09 00:57 100阅读 0赞

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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。

## 一、了解什么是全景 ##

### 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：

![b78697a672cc32b0a3156f280f706cb4.gif][]

Jietu20210527-113413-HD.gif

体验二维码（支持微信扫码）：

![0346f8a48eee595b4645dfab3e47d95c.png][] 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……![6bf13f3a0d19c4d10f7f5728d9055484.gif][]

***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）***

![9854f62f0d2ed78780320b6f98299ceb.png][] 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。

## 二、怎么构成全景 ##

### 2.1 认识ThreeJS ###

目前主流全景的前端实现方式：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>实现方式</th> 
   <th>费用</th> 
   <th>是否开源</th> 
   <th>学习成本</th> 
   <th>开发难度</th> 
   <th>兼容性</th> 
   <th>扩展</th> 
   <th>性能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>CSSS 3D</td> 
   <td>免费</td> 
   <td>是</td> 
   <td>中</td> 
   <td>难</td> 
   <td>支持CSS3D的浏览器</td> 
   <td>易</td> 
   <td>低</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ThreeJS</td> 
   <td>免费</td> 
   <td>是</td> 
   <td>高</td> 
   <td>中</td> 
   <td>支持WebGL的部分浏览器</td> 
   <td>易</td> 
   <td>高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>全景工具(Krpano)</td> 
   <td>收费</td> 
   <td>否</td> 
   <td>易</td> 
   <td>无</td> 
   <td>支持flash和canvas的浏览器</td> 
   <td>难</td> 
   <td>中</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

*  第一步：构建一个空间直角坐标系 ：Three中称之为场景(Scene)
 *  第二步：在坐标系中，绘制几何体：Three中的几何体有很多种，包括BoxGeometry（立方体），SphereGeometry（球体）等等
 *  第三步：选择一个观察点，并确定观察方向等：Three中称之为相机(Camera)
 *  第四步：将观察到的场景渲染到屏幕上的指定区域 ：Three中使用Renderer完成这一工作（相当于拍照）

***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）

![a7e3b9515324a36698323461c792d103.png][]

image.png

具体代码实现：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="utf-8">
    <title>手把手教你制作酷炫Web全景</title>
        <meta name="viewport" id="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1,minimum-scale=1, maximum-scale=1, user-scalable=no, viewport-fit=cover">
    </head>
    <body>
    <div id="wrap" style="position: absolute;z-index: 0;top: 0;bottom: 0;left: 0;right: 0;width: 100%;height: 100%;overflow: hidden;">
    </div>
    <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/three.js/r128/three.js"></script>
    <script>
        const width = window.innerWidth
        const height = window.innerHeight
        const radius = 500 // 球体半径
    
        // 第一步：创建场景
        const scene = new THREE.Scene()
    
        // 第二步：绘制一个球体
        const geometry = new THREE.SphereBufferGeometry(radius, 32, 32)
        const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
            map: new THREE.TextureLoader().load('./img/1.jpeg') // 上面的全景图片
        })
        const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material)
        scene.add(mesh)
    
        // 第三步：创建相机，并确定相机位置
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, width / height, 0.1, 100)
        camera.position.x = 0  // 确定相机位置
        camera.position.y = 0
        camera.position.z = 100
        
        camera.target = new THREE.Vector3(radius, 0, 0) // 设定对焦点
        
    
        // 第四步：拍照并绘制到canvas
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer()
        renderer.setSize(width, height) // 设置照片大小
    
        document.querySelector('#wrap').appendChild(renderer.domElement) // 绘制到canvas
    
        function render() {
            camera.lookAt(camera.target)   // 对焦
            renderer.render(scene, camera) // 拍照
            
            // 不断渲染，因为图片加载和处理需要时间，不确定何时拍照合适
            requestAnimationFrame(render)
        }
        render()
    </script>
    </body>
    
    </html>
    
    复制代码

浏览器页面效果（记得开启手机模拟调试）：

![34f9f6c9c18adef58c36d7cc4bf73ee5.png][] 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。

![fd26293bb41d09bb59b6d658efaa446e.png][] 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：

![c05231c7d189d61c3f65397057d9fdc3.png][] 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：

*  1、将相机移到球体的球心位置；
 *  2、将全景图片贴到球体的内表面；

具体步骤如下：

*  第一步：创建一个场景（Scene）
 *  第二步：创建一个球体，并将全景图片贴到球体的**内表面**，放入场景中
 *  第四步：创建一个透视投影相机将camera拉到**球体的中心**，相机观看球体内表面
 *  第五步：通过修改经纬度来，改变相机观察的点

具体代码实现：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="utf-8">
        <title>手把手教你制作酷炫Web全景</title>
        <meta name="viewport" id="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1,minimum-scale=1, maximum-scale=1, user-scalable=no, viewport-fit=cover">
    </head>
    <body>
        <div id="wrap" style="position: absolute;z-index: 0;top: 0;bottom: 0;left: 0;right: 0;width: 100%;height: 100%;overflow: hidden;">
        </div>
        <script src="https://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/three.js/r128/three.js"></script>
        <script>
            const width = window.innerWidth, height = window.innerHeight // 屏幕宽高
            const radius = 50 // 球体半径
    
            // 第一步：创建场景
            const scene = new THREE.Scene()
    
            // 第二步：绘制一个球体
            const geometry = new THREE.SphereBufferGeometry(radius, 32, 32)
            geometry.scale(-1, 1, 1) // 球面反转，由外表面改成内表面贴图
            const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
                map: new THREE.TextureLoader().load('./img/1.jpeg') // 上面的全景图片
            })
            const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material)
            scene.add(mesh)
    
            // 第三步：创建相机，并确定相机位置
            const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, width / height, 0.1, 100)
            camera.position.x = 0  // 确定相机位置移到球心
            camera.position.y = 0
            camera.position.z = 0
    
            camera.target = new THREE.Vector3(radius, 0, 0) // 设置一个对焦点
          
    
            // 第四步：拍照并绘制到canvas
            const renderer = new THREE.WebGLRenderer()
            renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio)
            renderer.setSize(width, height) // 设置照片大小
    
            document.querySelector('#wrap').appendChild(renderer.domElement) // 绘制到canvas
            renderer.render(scene, camera)
    
            let lat = 0, lon = 0
    
            function render() {
                lon += 0.003 // 每帧加一个偏移量
                // 改变相机的对焦点，计算公式参考：2.2.2章节
                camera.target.x = radius * Math.cos(lat) * Math.cos(lon);
                camera.target.y = radius * Math.sin(lat);
                camera.target.z = radius * Math.cos(lat) * Math.sin(lon)
                camera.lookAt(camera.target) // 对焦
    
                renderer.render(scene, camera)
                requestAnimationFrame(render)
            }
            render()
        </script>
    </body>
    
    </html>
    
    复制代码

效果：

![0653e23040296dcf5b0ee8873d9dfed9.gif][]

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？????）。

## 三、全景交互原理 ##

### 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

![4f51ac285d02a5091cbdb56cfa7aac99.png][] TeamTalk\_IMG\_2021-05-27-173217.jpg

手指在屏幕滑动过程：

*  touchstart：记录滑动起始的位置（startX，startY）
 *  touchmove：记录当前位置（curX，curY）相减上一次位置的值，计算出弧长除于半径乘以factor，计算出（lon，lat）
 *  touchend：暂时没有用的

***其中：弧长R值的是屏幕的滑动距离***![f8374cd1d3b68b1502e5244a991c7d3b.png][]

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：

distanceX = clientX1 - clientX2   // X轴方向
    distanceY = clientY1 - clientY2   // Y轴方向
    
    // 其中R为球体半径，根据弧长公式：
    lon = distanX / R
    lat = distanY / R
    复制代码

代码实现：

// 增加touch事件监听
    let lastX, lastY       // 上次屏幕位置
    let curX, curY         // 当前屏幕位置
    const factor = 1 / 10  // 灵敏系数
    
    const $wrap = document.querySelector('#wrap')
    // 触摸开始
    $wrap.addEventListener('touchstart', function (evt) {
        const obj = evt.targetTouches[0] // 选择第一个触摸点
        startX = lastX = obj.clientX
        startY = lastY = obj.clientY
    })
    
    // 触摸中
    $wrap.addEventListener('touchmove', function (evt) {
        evt.preventDefault()
        const obj = evt.targetTouches[0]
        curX = obj.clientX
        curY = obj.clientY
    
        // 参考：弧长公式
        lon -= ((curX - lastX) / radius) * factor // factor为了全景旋转平稳，乘以一个灵敏系数
        lat += ((curY - lastY) / radius) * factor
    
        lastX = curX
        lastY = curY
    })

单指操作效果：

![9a8dac10cd79bbd4789878a8f99dab55.gif][]

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：

*  touchstart：记录滑动起始的位置（startX，startY, startTime）
 *  touchmove：记录当前位置（curX，curY）相减上一次位置的值，乘以factor，计算出（lon，lat），【触摸跟随】
 *  touchend：记录endTime,计算本次滑动过程中的平均速度，然后，每帧减去减速度d，直至速度为0或者touchstart事件被触发 【触摸结束触发惯性动画】

代码实现：

let lastX, lastY         // 上次屏幕位置
    let curX, curY           // 当前屏幕位置
    let startX, startY       // 开始触摸的位置，用于计算速度
    let isMoving = false     // 是否停止单指操作
    let speedX, speedY       // 速度
    const factor = 1 / 10    // 灵敏系数，经验值
    const deceleration = 0.1 // 减速度，惯性动画使用
    
    const $wrap = document.querySelector('#wrap')
    // 触摸开始
    $wrap.addEventListener('touchstart', function (evt) {
        const obj = evt.targetTouches[0] // 选择第一个触摸点
        startX = lastX = obj.clientX
        startY = lastY = obj.clientY
        startTime = Date.now()
        isMoving = true
    })
    
    // 触摸中
    $wrap.addEventListener('touchmove', function (evt) {
        evt.preventDefault()
        const obj = evt.targetTouches[0]
        curX = obj.clientX
        curY = obj.clientY
    
        // 参考：弧长公式
        lon -= ((curX - lastX) / radius) * factor // factor为了全景旋转平稳，乘以一个系数
        lat += ((curY - lastY) / radius) * factor
    
        lastX = curX
        lastY = curY
    })
    
    // 触摸结束
    $wrap.addEventListener('touchend', function (evt) {
        isMoving = false
        var t = Date.now() - startTime
        speedX = (curX - startX) / t    // X轴方向的平均速度
        speedY = (curY - startY) / t    // Y轴方向的平均速度
    
        subSpeedAnimate() // 惯性动画
    })
    
    let animateInt
    // 减速度动画
    function subSpeedAnimate() {
        lon -= speedX * factor // X轴
        lat += speedY * factor
        
        // 减速度
        speedX = subSpeed(speedX)
        speedY = subSpeed(speedY)
    
        // 速度为0或者有新的触摸事件，停止动画
        if ((speedX === 0 && speedY === 0) || isMoving) {
            if (animateInt) {
                cancelAnimationFrame(animateInt)
                animateInt = undefined
            }
        } else {
            requestAnimationFrame(subSpeedAnimate)
        }
    }
    
    // 减速度
    function subSpeed(speed) {
        if (speed !== 0) {
            if (speed > 0) {
                speed -= deceleration;
                speed < 0 && (speed = 0);
            } else {
                speed += deceleration;
                speed > 0 && (speed = 0);
            }
        }
        return speed;
    }

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。

![668611764aa3af440bd4c68e2376c2f7.png][] image.png

使用ThreeJS创建相机代码如下：

const camera = new THREE.PerspectiveCamera( fov , aspect , near , fear )

参数说明：

![8e63737f741a07f0e3ff04c232472a01.png][] image.png

其中，

*  near：取默认值：0.1即可
 *  fear：只要大于球体半径就可，取值为：球体半径R
 *  aspect：在全景的场景已经确定了，照片的长宽比：屏幕宽度 / 屏幕高度
 *  fov：视场，缩放是通过修改它的值来完成全景图片的缩放；

***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：

// 其中，（clientX1，clientY1）和（clientX2，clientY2）为双指在屏幕的当前位置
    
    // 计算距离，简化运输不用平方计算
    const distance = Math.abs(clientX1 - clientX2) + Math.abc(clientY1 - clientY)
    // 计算缩放比
    const scale = distance / lastDiance 
    // 计算新的视角
    fov = camera.fov / scale
    
    // 视角范围取值
    camera.fov = Math.min(90, Math.max(fov,60)) // 90 > fov > 60 ,从参数说明中选取
    
    // 视角需要主动更新
    camera.updateProjectionMatrix()

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：

*  地球坐标 x/y/z：在任何情况下，都是恒定方向
 *  手机平面坐标 x/y/z：相对于手机屏幕定义的方向

取值范围：

*  X轴：上下旋转Beta(X) ,取值范围：\[ -180° ～ 180° \]
 *  Z轴：左右旋转扭曲Alpha(Z) ,取值范围：\[ 0°， 360° \]
 *  Y轴：扭转可以是 Gamma(Y) ,取值范围：\[ -90° ，90° \]

![13000c69c88aed843964f15ef7b02ff3.png][] image.png

当将手机垂直，且正面（90度）冲着自己。

![08398ad240b22bc886e9e00a92e5267e.png][] image.png

从上图观察，并结合ThreeJS的坐标系，可以得出关键结论：

*  lat对应 (beta - 90) \* (Math.PI / 180) 【角度换算弧度】
 *  lon对应 gamma \* (Math.PI / 180) 【角度换算弧度】

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

![d96351d98eecddeca8fc9c9f7e01764d.gif][] Jietu20210530-104349-HD.gif

Chrome浏览器是可以开启陀螺仪模拟，操作如下：

![edaf7c52635ffab7d0f6caeb1d8ddefc.png][] image.png

那么代码就很简单：

// 角度换算弧度公式
    const L = Math.PI / 180
    
    // 陀螺仪交互
    window.addEventListener('deviceorientation', function (evt) {
        lon = evt.alpha * L
        lat = (evt.beta - 90) * L
    })
    复制代码

效果如下：

![a47f1f6b3b5c107215556b361693a94d.gif][]

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????）

![36fc82de271f7037985f34848756e2e4.gif][] 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：

![c709b2e673d15660bd3a412ac19c664a.png][]***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**

*  滤波系数越小，滤波结果越平稳，但是灵敏度越低
 *  滤波系数越大，灵敏度越高，但是滤波结果越不稳定

![84a597068d10d0b962e97cf76fffb19c.png][] 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。