浅析前端各种3d技术ThreeJS, BabylonJS, SceneJS, ThingJS
Posted on 2022-07-19 11:32 地霊殿~三無 阅读(12631) 评论(1) 编辑 收藏 举报一、国内前端目前3d技术现状
目前3d技术发展十分迅速,最初是WebGL,这是一种3d绘图协议,它将JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起,通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定,WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染,这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了,还能创建复杂的导航和数据视觉化。
webGL给网页带来更多的可能性,但webGL的仅仅是提供了OpenGL(开放式图库)的接口,核心技术还是依托在OpenGL上,即便有文档查阅,但也大大超出了前端的知识领域访问。我们可以简单看一段github的源码。
const canvas = document.querySelector("#glcanvas")
// 初始化WebGL上下文
const gl = canvas.getContext("webgl")
// 创建着色器的方法
function createShader (gl, sourceCode, type) {
var shader = gl.createShader( type );
gl.shaderSource( shader, sourceCode );
gl.compileShader( shader );
if ( !gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS) ) {
var info = gl.getShaderInfoLog( shader );
throw "Could not compile WebGL program. \n\n" + info;
}
return shader;
}
var vertexShaderSource =
"attribute vec4 position;\n"+
"void main() {\n"+
" gl_Position = position;\n"+
"}\n";
//从上面例子使用 createShader 函数。
var vertexShader = createShader(gl, vertexShaderSource, gl.VERTEX_SHADER)
var fragmentShaderSource =
"void main() {\n"+
" gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);\n"+
"}\n";
//从上面例子使用 createShader 函数。
var fragmentShader = createShader(gl, fragmentShaderSource, gl.FRAGMENT_SHADER)
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一开始画风还算正常,获取元素和初始化canvas元素,但后续的核心的着色器部分,连函数都是定义成字符串,然后传到createShader去调用,这种明显不是js的语法,而是属于的领域是GLSL着色语言,超纲了!
所以,单纯前端工程师一般都做不到直接用WebGL开发3d应用。
但是有dalao们啊,ThreeJS, BabylonJS, LayaboxJS, SceneJS 等等开源框架横空出世, 这些框架基本把WebGL通过JS进行了系统性的封装,提供了很多类与方法,可以直接使用,常用的类有Scene(场景)、Camera(相机)、Mesh(网格体)、Light(灯光)、renderer(渲染器)等等,基本涵盖了3d场景所需要的基本元素,让前端工程师不需要陷入WebGL本身的细节当中,而专注于3D应用的功能实现,这大大提高了工作效率、降低了工作难度。
二、对比各个3d技术
1、Three.js
(1)特点
开源,上手难度低,封装了很多3D 图形编程中常用的对象,
在开发中使用了很多图形引擎的高级技巧,提高了性能。
内置了很多常用对象和极易上手的工具,功能强大。
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(2)适用范围
小场景,可以做中小型的重表现的Web项目。Three.js以简单、
直观的方式封装了3D图形编程中常用的对象。更方便快捷地
完成光线、轮船纹理、海浪等的3D建模,从而带来最佳的呈现效果。
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(3)支持格式
stl,obj+mtl+png,FBX,gltf格式(主要格式,兼容性比较好)
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(4)优点
国内目前最流行的前端3d框架,国内用的人比较多,所以中文的资料也会比较多,
有比较系统的中文教程如从入门到精通。相关的qq群较多,群里的人也较多,
接触到的大牛应该也会比较多。在WebGL的引入前已经创建three.js独特方便的模块化
渲染接口,并在不用WebGL的情况下允许它使用SVG
和HTML5画布元素。近些年,浏览器的功能越来越强大,渐渐得成为了复杂应用
和图形的平台。同时,现有大多数浏览器实现了对 WebGL 的支持,但要直接使用
WebGL 相关接口进行开发,则需要学习复杂的着色器语言,且开发周期长,不利于
项目的快速开发。
面对这种情况,Three.js 应运而生,它不但对 WebGL 进行了封装,将复杂的接口
简单化,而且基于面向对象思维,将数据结构对象化,非常方便我们开发。
Three.js 的发展十分迅速,虽然配套的学习材料却比较匮乏,但至少文档比较是比较
齐全,大部分问题还是可以找到对应的解决方案,或者折中方案。
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(5)缺点
没有提供基础建模的插件。
大文件加载速度慢,性能差,基本大于7、80m之后,加载就基本就特别慢,这个
慢体现在每次加载的时候,不仅仅是首次加载,每次如果摧毁了重载,页面也会
因为模型加载的变得卡顿。模型的精细程度会和文件大小成正比。这种属于浏览器
性能问题。(100m以上模型,有可能加载失败)
缺少碰撞检测。
没有提供模型切片的工具。
射线类选中物体有偏差。(网上有不少修正的方案,但实际使用起来的还是会有偏差)
等等问题存在,有些问题也不好解决,国内也没有相关资料
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2、Babylon.js
(1)特点
开源,强大,美观,简单和开放的3D渲染体验,支持ts。
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(2)适用范围
适合做中大型项目,尤其是多种媒体混杂的或者是游戏项目VR体验项目。
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(3)支持格式
glTF,OBJ,STL,.babylon (常用格式)
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(4)优点
功能较为全面,功能比较丰富、灵活、模型显示不失真。有微软背景,有不少的demo,
有较详细的api文档,有供测试的平台,有提供3dsmax转换模型的插件,还有提供了
官方的切片工具,以缓存加载的方式提高显示速度,比three.js
成熟;几经更新与完善之后,Babylon.js已更新至1.12版本,相比之前的版本,除了
不断的Bug修复之外,Babylon.js还新增了.许多非常牛叉的新特性,并对已有功能进
行了完善。更方便快捷地完成光线、轮船纹理、海浪等的3D建模,从而带来最佳的呈
现效果。
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(5)缺点
学习难度大、周期长,需要进行大量深入的学习与研究。另外,在模型文件较大或较多时,浏览器打开时会等待较长时间(属于是这类3d软件的通病了);中文资料很少,没有系统的中文教程,如从入门到精通都可以给你讲一遍系统的教程,论坛也会被墙,相关的qq群较少,群里的人也不多,所以能真正指导我们的大牛也比较少。国内资料基本没有。同Three.js类似,Firefox浏览器在本地同时打开多个较大模型时,会提示浏览器性能不足问题。另外,模型在100M以上时可能存在无法加载的现象。.babylon模型预览,可以通过官方提供的沙盒地址,通过拖放.babylon文件进行查看。经过测试,发现个别.babylon模型仍难以打开。
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3、SceneJS
(1)特点
它是针对计算机辅助设计的要求。 开源的JavaScript3D引擎,特别适合需要高精度细
节的模型需求,比如工程学和医学上常用的高精度模型。
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(2)适用范围
它是针对计算机辅助设计的要求。 开源的JavaScript3D引擎,特别适合需要高精度
细节的模型需求,比如工程学和医学上常用的高精度模型。
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(3)支持格式
模型预览:http://sandbox.babylonjs.com/
格式解析: https://github.com/h53d/babylonjs-doc-cn/blob/master/target/generals/General/File_Format_Map_(.babylon).md
http://doc.babylonjs.com/generals/file_format_map_(.babylon)
编辑工具:http://materialeditor.raananweber.com/
Shader在线查看(GLSL语言编写:Vertex Shader和Pixel Shader):http://cyos.babylonjs.com/
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(4)优点
专门用于快速绘制大量单独连接的对象,而没有像阴影、反射等游戏引擎效果。
SceneJS的API和JSON相似,它学习起来很简单。
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(5)缺点
相关社群几乎没有,中国很少人用。缺少碰撞检测等功能。加载大模型时速度较慢
。需提供正在载入信息提示,尽可能提高用户体验。(可用工具可以将.babylon文件
转换成几个文件,缓式加载以提高显示速度。)Firefox浏览器在本地同时打开多个较
大模型时,会提示浏览器性能不足问题。另外,模型在100M以上时可能存在无法加载
的现象。
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4、ThingJS
(1)特点
强大的3d引擎,简化模型制作,提高开发效率,在线开发部署,支持离线部署。
ThingJS面向物联网的3D可视化PaaS开发平台.基于WebGL兼容各种浏览器及移动设备。
零门槛、高效率、低成本开发各类3D应用。
基于 Koa 2.x,兼容 middleware;
内核小巧,支持 Extend、Adapter 等插件方式;
性能优异,单元测试覆盖程度高;内置自动编译、自动更新机制,方便快速开发;
使用更优雅的 async/await 处理异步问题,不再支持 */yield;
从 3.2 开始支持 TypeScript。
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(2)适用范围
thingJS是面向物联网可视化开发的js库,主要针对以一栋或多栋建筑组成的园区级别
的场景,可以用于数据中心、仓储、学校、医院、城市、设备等多种领域。而且这些层
次的对象在thingJS的场景加载完成后(首次加载会慢点,后续thingJS有自研的
**浏览器常规临时缓存持久化技术**,能大幅度提升加载速度),是以JS对象的方法
暴露给用户使用的,简单又方便。
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(3)支持格式
.tjs (专用格式)
.gltf (因为通用3D模型格式输出需ThingJS云服务器转换支持,故这类格式不是实时
的,需待云服务器转换完成后同不回CB客户端。同时,因为需要云服务器资源消耗,
且通用3D模型格式导出并非服务于ThingJS体系,故相关转换导出功能并非免费
(具体收费以CB实际显示收费标准为准)。
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(4)优点
ThingJS 基于 HTML5 和 WebGL 技术,可方便地在主流浏览器上进行浏览和调试,支持
PC 和移动设备。ThingJS 为可视化应用提供了简单、丰富的功能,只需要具有基本的
Javascript 开发经验即可上手;ThingJS 提供了对场景的加载、分层级的浏览,对象
的访问、搜索、以及对象的多种控制方式和丰富的效果展示,可以通过绑定事件进行各
种交互操作,还提供了摄像机视角控制、点线面效果、温湿度云图、界面数据展示、粒
子效果等等各种可视化功能。在功能接口提供的粒度上,ThingJS和其他开发工具相比,
站在了更高的封装层面, 用尽可能简洁的接口,直接提供了场景的加载与展示、物联网
设备的创建与特效;还提供了信息点、线路、管线、区域、热图、粒子、动画等丰富功
能;提供了摄影机控制、第一人称行走、寻路导航和视点线路工具;可扩展的界面、头
顶信息牌、内嵌视频监控等丰富的信息展示方式。这些接口大部分已经在在线例子中可
以找到,可以边改参数边看到效果;帮助用户以最快的速度 学习、开发与部署。
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(5)缺点
非开源 (划重点!)
对个人开发者大部分功能都是免费的, 但如果是企业或者商用,则需要购买服务。(还挺贵)
ThingJS所定位的物联网可视化应用,侧重宏观场景表现,并不针对局部细节的效果,
而且由于WebGL技术的性能局限,在性能上不能和Unity等原生程序相比,ThingJS不
适合做场景细节要求高的应用。
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三、小结
1、目前的浏览器3d框架普遍存在性能问题,这是受浏览器限制,对大文件加载不够友
好。可以通过模型切片、压缩、或者读取缓存等等方式,尽可能提升用户体验感。
2、如果打算开发3d场景,尽量选择主流的threeJS或者BabylonJS,个人开发者还可以
用ThingJS,这几个文档资料比较多,使用人数也不少,遇到问题的时候也大概率网
上论坛等地方能找到相似的情况的,能不能解决就另说了。
3、企业开发,在有预算的情况下,可以了解一下市面上的3d可视化开发平台,如、
51world(基于虚幻引擎UE4)、UINO优锘数字孪生可视化平台(基于ThingJS)、
凡拓数创平台(全自研平台FT-E *Fast Tempo Engine*)等等,这类数字孪生平
台,技术上有更成熟的方案,就是需要提前调研,还需要比较充足的预算,毕竟服务不便宜。
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ps: 刚好最近需要整理一份3d技术的文档,就在掘金整理了,有点流水账,博客园备份。
作者:地霊殿__三無
链接:https://juejin.cn/post/7121918970533249037