用Canvas玩3D：点-线-面
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玩Canvas玩了有两三个礼拜了，平面的东西玩来玩去也就那样，所以就开始折腾3D了。
因为Canvas画布终究还是平面的，所以要有3D就得抽象出一个Z轴。然后再把3D坐标转换成2D坐标，画到画布上，再通过旋转等变换效果来产生3D感。做3D一般就是由点到线，然后由线到面。
【点】
点的话，之前我有写过关于3D的博文 解析3D标签云，其实很简单 ，这篇博文虽然讲的是用div实现的3D标签云，但是追根到底产生的3D原理是一样的，就是最简单的由点构成的3D了。每一个标签就是一个点。也可以直接看这个DEMO：
3DBall 。
里面的总共有五百个点对象，每个点对象相应的根据他们的Z轴来改变他们的大小和透明度，再平均分布在球面上，就构成了点球体了。
【线】
如果知道怎么做点之后，线也就容易了，只要把点连起来就行了。这个没做DEMO，不过也确实不难。就循环moveTo，然后lineTo，线就出来了。
【面】
这篇博文主要讲面滴。
二话不说，先上个DEMO吧 ：
3D立方体 。
做一个立方体，我用了三个对象：点对象，面对象，以及立方体本身一个对象：
下面这个是点对象，x,y,z是点的三维坐标，_get2d方法是把三维坐标转换到二维层面来。fallLength是焦距。
var Vector = function(x,y,z){ this.x = x; this.y = y; this.z = z; this._get2d = function(){ var scale = fallLength/(fallLength+this.z); var x = centerX + this.x*scale; var y = centerY + this.y*scale; return {x:x , y:y}; } }
然后是面对象：
面对象的属性页很容易理解，一个面就是一个正方形 ， v1v2v3v4是面的四个顶点，zIndex这个属性很重要，是代表这个面的层级，是在最外面还是在里面，这个必须要有，这样当用canvas画的时候才能让这个面画在最前面，才不会被其他的面遮盖。zIndex的值也很容易理解，就是顶点z轴坐标的平均值，其实也就是中心点的z轴坐标。颜色就是这个面的颜色啦。
var Face = function(vector1,vector2,vector3,vector4,color){ this.v1 = vector1; this.v2 = vector2; this.v3 = vector3; this.v4 = vector4; this.color = color; this.zIndex = (this.v1.z + this.v2.z + this.v3.z + this.v4.z)/4; this.draw = function(){ ctx.save(); ctx.beginPath(); ctx.moveTo(this.v1._get2d().x , this.v1._get2d().y); ctx.lineTo(this.v2._get2d().x , this.v2._get2d().y); ctx.lineTo(this.v3._get2d().x , this.v3._get2d().y); ctx.lineTo(this.v4._get2d().x , this.v4._get2d().y); ctx.closePath(); // ctx.fillStyle = "rgba("+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+","+parseInt(Math.random()*255)+",0.2)"; ctx.fillStyle = this.color; ctx.fill(); } }
最后是立方体本身对象：
因为立方体最后要旋转，所以，立方体对象里面不仅有面对象，还要有点对象，点旋转后才会引起面的旋转。length是立方体的边长，_initVector是初始化立方体的各个顶点，_draw方法就是把所有点形成面，将面放入数组，然后对面进行排序（就是根据面里的zIndex排序），排序好后，调用每个面里的draw方法。立方体就出来了。
var Cube = function(length){ this.length = length; this.faces = []; this.vectors = []; } Cube.prototype = { _initVector:function(){ this.vectors[0] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2); this.vectors[1] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , this.length/2); this.vectors[2] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , this.length/2); this.vectors[3] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , this.length/2); this.vectors[4] = new Vector(this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2); this.vectors[5] = new Vector(this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2); this.vectors[6] = new Vector(-this.length/2 , -this.length/2 , -this.length/2); this.vectors[7] = new Vector(-this.length/2 , this.length/2 , -this.length/2); }, _draw:function(){ this.faces[0] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[2] , "#6c6"); this.faces[1] = new Face(this.vectors[2] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[4] , "#6cc"); this.faces[2] = new Face(this.vectors[4] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , this.vectors[6] , "#cc6"); this.faces[3] = new Face(this.vectors[6] , this.vectors[7] , this.vectors[1] , this.vectors[0] , "#c6c"); this.faces[4] = new Face(this.vectors[1] , this.vectors[3] , this.vectors[5] , this.vectors[7] , "#666"); this.faces[5] = new Face(this.vectors[0] , this.vectors[2] , this.vectors[4] , this.vectors[6] , "#ccc"); this.faces.sort(function(a , b){ return b.zIndex - a.zIndex; }); this.faces.foreach(function(){ this.draw(); }) } }
立方体做好了，接下来就可以让它动起来了。根据鼠标位置改变立方体转动的角度。rotateX和rotateY方法就是让所有点绕X轴旋转以及绕Y轴旋转。这个的原理我在之前那个博文上好像有说过。。。。如果想了解更多，可以自己去百度一下计算机图形学3D变换。绕X轴和绕Y轴是最简单的旋转矩阵了。当然，如果有兴趣的还可以去搜一下绕任意轴旋转矩阵。。。这个有点复杂，我本来想用它来做个魔方，不过遇到一些问题，暂时还没解决。好吧，扯远了。通过rotateX和rotateY两个方法可以让每个点获得下一帧的位置，在动画循环中重绘。这样，转动的立方体就做出来了。
if("addEventListener" in window){ window.addEventListener("mousemove" , function(event){ var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX; var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY; angleY = x*0.0001; angleX = y*0.0001; }); } else { window.attachEvent("onmousemove" , function(event){ var x = event.clientX - canvas.offsetLeft - centerX; var y = event.clientY - canvas.offsetTop - centerY; angleY = x*0.0001; angleX = y*0.0001; }); } function rotateX(vectors){ var cos = Math.cos(angleX); var sin = Math.sin(angleX); vectors.foreach(function(){ var y1 = this.y * cos - this.z * sin; var z1 = this.z * cos + this.y * sin; this.y = y1; this.z = z1; }); } function rotateY(vectors){ var cos = Math.cos(angleY); var sin = Math.sin(angleY); vectors.foreach(function(){ var x1 = this.x * cos - this.z * sin; var z1 = this.z * cos + this.x * sin; this.x = x1; this.z = z1; }) } cube = new Cube(80); cube._initVector(); function initAnimate(){ cube._draw(); animate(); } function animate(){ ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height) rotateY(cube.vectors); rotateX(cube.vectors); cube._draw(); if("requestAnimationFrame" in window){ requestAnimationFrame(animate); } else if("webkitRequestAnimationFrame" in window){ webkitRequestAnimationFrame(animate); } else if("msRequestAnimationFrame" in window){ msRequestAnimationFrame(animate); } else if("mozRequestAnimationFrame" in window){ mozRequestAnimationFrame(animate); } else { setTimeout(animate , 16); } }
全部代码我就不贴了，DEMO里通过控制台都可以看到。我也没引用其他什么框架之类的，直接copy下来就能用了。
能写好转动的一个立方体后，多个立方体转动也可以做出来了。
戳DEMO：3D多立方体
源码地址：https://github.com/whxaxes/canvas-test/blob/gh-pages/src/3D-demo/3Dcubes.html
就是繁琐了一点，具体方法这里就不说了，本来想做成魔方的，就是里面的rotateP方法就是绕任意轴旋转（矩阵请自行搜“绕任意轴旋转矩阵”），不过还是出了点bug，转是能转了，但是转动后的坐标有误，所以没做成，现在还在研究着。。。。
