前言

3D 全景并不是什么新鲜事物了,但以前我们在 Web 上看到的 3D 全景一般是通过 Flash 实现的。若我们能将 CSS3 Transform 的相关知识运用得当,也是能实现类似的效果。换句话说,3D 全景其实就是 CSS3 3D 的应用场景之一。

准备

在实现 CSS3 3D 全景之前,我们先理清部分 CSS3 Transform 相关的属性:

下面我们对上述的一些点进行更深入的分析:

  • 对于 perspective,该属性指定了“眼睛”与元素的 perspective-origin(默认值是 50% 50% 0)点的距离。那么问题来了:“当我们以 px 作为衡量单位时,它的实际距离该如何量化呢?”
    答:当屏幕分辨率是 1080P(1920*1080px)且该元素或其祖先元素的 perspective 数值的值为 1920px 时,应用了 CSS3 3D Transform 的子元素的立体效果就相当于我们在距离一个屏幕宽度(1920px)的屏幕前观看该元素时的真实效果。尽管如此,目前笔者也不知道如何准确地为元素设置一个合适的 perspective 值,只能猜测大概值后进行调整,以达到满意的呈现效果。
    此处输入图片的描述
    根据 相似三角形 的性质可计算出被前移的元素最终在屏幕上显示的实际大小

    另外,关于 perspective 还有另外一个重要的点是:因为 perspective-origin 属性的默认值是 50% 50% 0,所以对哪个元素应用 perspective 属性,就决定了“眼睛”的位置(即我们的“眼睛”是在哪个角度看物体)。一般来说,当我们需要正视物体时,就会将该属性设置在与该元素中心重合的某一祖先元素上。

    再另外,如果说:“如何让一个元素(的背面)不可见?”,你可能会回答 backface-visibility:hidden;。其实,对于在“眼睛”背后的元素(以元素的 transform-origin 为参考点),即元素的 Z 轴坐标值大于 perspective 的值时,浏览器是不会将其渲染出来的。

  • 对于 transform-style,该属性指定了其子元素是处于 3D 场景还是 2D 场景。对于 2D 场景,元素的前后位置是按照平时的渲染方式(即若在普通文档流中,同层级元素是按照代码中元素的先后编写顺序,后面的元素会遮住在其前面的元素);对于 3D 场景,元素的前后位置则按照真实世界的规则排序(即靠近“眼睛”的元素,会遮住离“眼睛”远的元素)。

    另外,由于 transform-style 属性是非继承的,对于中间节点需要显式设定。

  • 对于 transform 属性:下图整理了 rotate3d、translate3d 的变换方向:
    transform
    需要注意的是:transform 中的变换属性的顺序是有关系的,如 translateX(10px) rotate(30deg) 与 rotate(30deg) translateX(10px) 是不等价的。

    另外,需要注意的是 scale 中如果有负值,则该方向会产生 180 度的翻转;

    再另外,部分 transform 效果会导致元素(字体)模糊,如 translate 的数值存在小数、通过 translateZ 或 scale 放大元素等等。每个浏览器都有其不同的表现

实现

上面理清了一些 CSS Transform 相关的知识点,下面就讲讲如何实现 CSS 3D 全景 :

想象一下,当我们站在十字路口中间,身体旋转 360°,这个过程中所看到的画面就是一幅以你为中心的全景图了。其实,当焦距不变时,我们就等同于站在一个圆柱体的中心。

但是,虚拟世界与现实世界的最大不同是:没有东西是连续的,即所有东西都是离散的。例如,你无法在屏幕上显示一个完美的圆。你只能以一个正多边形表示圆:边越多,圆就越“完美”。

同理,在三维空间中,每个 3D 模型都是一个多面体(即 3D 模型由不可弯曲的平面组成)。当我们讨论一个本身就是多面体(如立方体)的模型时并不足以为奇,但我们想展示其它模型时,如球体,就需要记住这个原理了。
三维环境的球体

淘宝造物节的活动页 就是 CSS 3D 全景的一个很赞的页面,它将全景图分割成 20 等份,相邻的元素构成的夹角 18°(360/20,相邻两侧面相对于棱柱中心所构成的夹角)。需要注意的是:我们要确保每个元素的正面是指向棱柱中心的。所以要计算好每等份的旋转角度值后,再将元素向外(即 Z 轴方向)平移 r px。对于立方体的 r 就是 边长/2,而对于其它更复杂的正多面体呢?

举例:对于正九棱柱,每个元素的宽为 210px,对应的角度为 40°,即如下图:
图片来自:https://desandro.github.io/3dtransforms/docs/carousel.html
正九棱柱的俯视图
正九棱柱的俯视图

计算过程
计算过程

由此可得到一个公用函数,只需传入含有元素的宽度元素数量的对象,即可得到 r 值:

1
2
3
4
5
6
7
8
function calTranslateZ(opts) {
return Math.round(opts.width / (2 * Math.tan(Math.PI / opts.number)))
}

calTranlateZ({
width: 210,
number: 9
}); // 288

俯视时所看到的元素外移动画
俯视时所看到的元素外移动画

另外,为了让下文易于理解,我们约定 HTML 的结构:

1
2
3
4
#view(perspective:1000px)
#stage(transform-style:preserve-3d)
#cube(transform-style:preserve-3d)
.div(width:600px;height:600px;) /*组成立方体的元素*/

正棱柱构建完成后,就需要将我们的“眼睛”放置在正棱柱内。由于在“眼睛”后的元素是不会被浏览器渲染的(与 .div元素 是否设置 backface-visibility:hidden; 无关),而且我们保证 .div元素正面都是指向正棱柱中心,这样就形成 360° 被环绕的效果了。

那“眼睛”具体被放置在哪个位置呢?
答:通过设置 #stage 元素的 translateZ 值,让不能被看到的 .div元素Z 轴上的最终坐标值(即其自身 Z 坐标和祖先元素 Z 坐标相加)大于 #view 元素的 perspective 值即可。如:立方体的正面的 translateZ-300px(为了保证立方体的正面是指向立方体中心,正面元素需要以自身水平方向上的中线为轴,旋转 180度,即 rotateY(-180deg) translateZ(-300px),即正面元素向“眼球”方向平移了 300px),而 #viewperspective 值为 1000px,那么 #stagetranslateZ 值应该大于 700px 且小于 1300px 即可,具体数值则取决于你想要的呈现效果。

根据上述知识,笔者粗略地模仿了“造物节”的效果:http://jdc.jd.com/lab/zaowu/index_new.html

另外,只需 6 幅图就可以实现一张常见的无死角全景图。
笔者自己又试验了下:http://jdc.jd.com/lab/zaowu/index2.html

可由下图看出,将水平的 4 张图片合成后就是一张全景图:
此处输入图片的描述

因此,理解上述知识后,通过 CSS3 Transform 相关属性就可以实现可交互的全景效果了。当然,交互的效果可以是拖拽,也可以是重力感应等。

正如在上文提到的:“没有东西是连续的,即所有东西都是离散的…”。通过两个案例的对比可以发现:图片数量越多,对图片的要求也越低。你觉得呢?
淘宝造物节整体效果图
造物节全景图

全景图素材的制作

将全景图制作分为设计类与实景类:

设计类

要制作类似 《淘宝造物节》 的全景页面,设计稿需要有以下这些要求。

注:下面提及的具体数据均基于《造物节》,可根据自身要求进行调整(若发现欠缺,欢迎作出补充)。

整体背景设计图如下(2580*1170px,被分成 20 等份):
淘宝造物节整体效果图

基本要求:

  1. 水平方向上需要首尾相连;
  2. 因为效果图最终需要切成 N 等份,所以尽可能让 设计图的宽度能被 N 整除
  3. 图片尺寸不仅要考虑正视图的大小,还要考虑元素在上下旋转时依然能覆盖视野(可选)。

当然,上图只是作为背景,我们还可以添加一些小物体素材(与背景图的运动速度不同时,可形成视差效果,增强立体感),如:
物体小元素1
物体小元素2
小物体元素(虚线用于参考,造物节中共有 21 个小物体)

如上图所示,每个图片也被等分成 M 等份,而且 M 的宽度应该与 N(背景元素)的宽度相等(具体原因,请看文章评论)。

对于顶部和底图图片,则无特殊要求。

实景类

如果想制作实景的全景效果,可以看看 Google 街景:

Google 街景 推荐的设备如下:
Google 街景推荐的设备

如上图,最实惠的方式就是最后一个选项——Google 街景 APP,该应用提供了全景相机功能,但正如图片介绍所说,这是需要练习的,因此对操作要求比较高。

补充:
上周六(2016.8.20)参加了 TGDC 的分享会,嘉宾分享了他们处理全景的方式:

  1. 利用 RICOH THETA S 等专业设备拍出全景图
  2. 导出静态图像
  3. 利用设备专门提供的 APP 或 krpamo tools、pano2vr、Glsky box 等工具将静态图像转为 6 张图
  4. 利用 Web 技术制作可交互的全景图

其中 Web 技术有以下 3 种可选方式(当然,还有其它):

  • CSS3(本文所提及的方式)
  • Three.js
  • krpano(为全景而生,低级浏览器则回退到 Flash),查看教程

当时,嘉宾现场快速制作的 会议现场全景

可见,优秀硬件设备的出现,大大减少了后期处理的时间,而 Web 则提供了一个很好的展现平台。


最后

随着终端设备的软硬件不断完善和提高,Web 在 3D 领域也不甘落后,如果你玩腻了 2D 的 H5 或者想为用户提供更加新颖优秀的体验,全景也许是一种选择。

最后,如有不清晰或不明白的地方,可以留言,我会尽可能解决的。谢谢谢~

感谢您的阅读,本文由 凹凸实验室 版权所有。如若转载,请注明出处:凹凸实验室(https://aotu.io/notes/2016/08/24/2016-8-24-css-3d-panorama/