Hightopo 使用心得（6）- 3D场景环境配置（天空球，雾化，辉光，景深）

在前一篇文章《Hightopo 使用心得（5）- 动画的实现》中，我们将一个直升机模型放到了3D场景中。同时，还利用动画实现了让该直升机围绕山体巡逻。在这篇文章中，我们将对上一篇的场景进行一些环境上的丰富与美化。让场景更真实一些。具体涉及到的知识点如下：

天空球
雾化
辉光
景深

这是最终效果：

使用 HT 开发的一个简单网页直升机巡逻动画（Hightopo 使用心得（6）- 3D场景环境配置）

天空球：

天空球（SkyBox）简单来说，就是用来在3D场景中模拟蓝天白云的效果。它是一个球形网格，完全包围3D场景，并填充了一张环形纹理作为天空背景。纹理通常是一个天空的全景图（例如星空、日落、云层等），通过在球形网格的表面上将纹理映射，呈现出一个连续的、无缝的天空效果。

在 HT for Web中，天空球可以通过g3d.setSkybox(node)来实现。需要注意的是，这里的node是ht.Node类型的节点，该节点当作天空球来用时，不会出现在dataModel列表当中。

/**
   * 设置天空球
   *
   * @memberof Index3d
   */
  addSkybox() {
    const node = this.skybox = new ht.Node();
    node.s({
      "shape3d": "sphere",
      "shape3d.image": "./assets/skybox.jpg",
    });
    this.g3d.setSkybox(node);
  }

下面两张图片分别是设置天空球与未设置天空球的效果：


当然，我们也可以将蓝天白云换成夜间图片：

this.skybox.setStyle("shape3d.image", "./assets/skybox_dark.jpg");

雾化：

雾化是一种常用的 3D 场景效果，可以让场景中的物体在远离摄像机的距离时变得模糊，像有一层白雾遮挡，从而增加深度感和真实感。在 HT 中，雾化效果可以通过设置场景的雾化属性来实现，代码如下：

/**
   * 雾化
   *
   * @memberof Index3d
   */
  addFog() {
    this.g3d.setFogDisabled(false);
    this.g3d.setFogMode('linear'); // 线性模式
    this.g3d.setFogFar(30000);

    // this.g3d.setFogMode('exp2'); // 标准模式
    // this.g3d.setFogDensity(0.00007); // 浓度

    this.g3d.setFogColor('green'); // 设置雾的颜色
  }

雾化分为两种模式：线性模式和标准模式。

[线性模式]

线性模式下支持设置近端距离和远端距离，

• 近端距离：默认为1，代表从该距离起物体开始受雾效果影响，可通过setFogNear设置雾化近端距离、getFogNear获取雾化近端距离。
• 远端距离：默认为2000，代表从该距离之后物体完全看不清, 可通过setFogFar设置雾化远端距离、getFogFar获取雾化远端距离。
  

[标准模式]

标准模式下雾化效果则会自动调整雾化效果，在该模式下，可通过setFogDensity设置雾化强度来调整雾化的效果， getFogDensity可以获取到雾化强度。

另外，我们还可通过g3d.setFogColor(color)设置雾化效果的颜色:

辉光：

辉光是一种用于增强场景中元素外观和吸引力的视觉效果，其主要实现的是让各个模型进行自发光。常用于如夜景中灯光、道路流光等元素。

在HT中，可通过 g3d.enablePostProcessing('Bloom', true/false) 开启/关闭整个场景的辉光效果：

  /**
   * 开启辉光
   *
   * @memberof Index3d
   */
  enableBloom() {
    const {g3d} = this;
    g3d.enablePostProcessing("Bloom", true); // 开启辉光
    const module = this.bloom = g3d.getPostProcessingModule("Bloom");
    module.strength = 0.4; // 强度
    module.threshold = 0.33; // 阈值
    module.radius = 0.08; //范围
    g3d.setPostProcessingValue('Bloom', 'selective', true); // 开启辉光过滤
    g3d.iv(); // 刷新拓扑
  }

  disableBloom() {
    this.g3d.enablePostProcessing("Bloom", false); // 关闭辉光
  }

  // 为直升机单独使用辉光效果
  this.helicopterNode.s('bloom', true);
  this.propellerNode.s('bloom', true);

其中，enablePostProcessing('Bloom', true)表示开启 Bloom 效果；strength表示自发光亮度的强弱；threshold表示决定哪些颜色会发光；radius表示发光的范围。在代码的后半段，我们单独为直升机和螺旋桨开启了辉光效果。

景深：

景深（Depth of Field）可以用来突出画面中的主体元素。我们用单反相机或手机进行拍摄时，利用景深原理，通过聚焦到某一物体，可以使周围环境变得模糊，从而突出主要元素。就像下图一样：

如果要对于一个3D场景设置景深效果，在 HT 中，景深效果是使用特殊的贴图来模拟的。景深贴图一般使用黑色的透明png贴图实现，黑色部分为受景深影响的范围，透明部分不受景深影响。通过使用不同的景深贴图及参数，可以模拟出与现实一样的景深效果。
具体开启和配置景深的代码如下：

  /**
   * 开启景深
   *
   * @memberof Index3d
   */
  enableDof() {
    const {g3d} = this;
    g3d.enablePostProcessing("Dof", true); // 开启景深
    const module = this.dof = g3d.getPostProcessingModule("Dof");
    module.aperture = 0.01; // 景深阀值
    module.image = "./assets/dof_all.png"; // 景深贴图
    g3d.iv(); // 刷新拓扑
  }

  disableDof() {
    this.g3d.enablePostProcessing("Dof", false); // 关闭景深
  }

其中，enablePostProcessing('Dof', true)表示开启景深效果；aperture表示孔径，代表中间空白区域的大小，取值范围是 0 ~ 1，0 代表没有景深效果，1 代表景深效果最明显；image表示景深使用的贴图。

背景音乐

背景音乐不属于3D可视化的范围。不过既然有了直升机和相关场景，增加一个直升机飞行的声音可以让场景更加逼真。

/**
   * 初始化螺旋桨旋转声音
   *
   * @memberof Index3d
   */
  initAudio() {
    this._audio = new Audio("./assets/helicopter.MP3");
    this._audio.loop = true; // 循环播放
  }

要播放音乐可以使用Audio。这里我们只需要找到一个螺旋桨的音频，然后对Audio进行初始化及简单配置，就可以在场景加载后循环播放直升机的声音。

需要注意的是，目前浏览器对于音频自动播放有限制，即不允许在用户没有交互的情况下自动播放音频文件。如果我们执行了playAudio()，在console里面会遇到这个错误：

Uncaught (in promise) DOMException: play() failed because the user didn't interact with the document first.

要解决这个问题，我们可以在系统中增加一个监听函数，监听到某些事件后进行音频播放。常见的事件有如：

• 触摸事件：touchstart、touchmove、touchend、touchcancel
• 鼠标事件：mousedown、mouseup、click、dblclick、mousemove、mouseenter、mouseleave、mouseover、mouseout
• 键盘事件：keydown、keyup、keypress

/**
   * 监听Document事件并播放音乐
   *
   * @memberof Index3d
   */
  addEventMonitor() {
    document.addEventListener("click", (event) => {
      this._audio.play();   
    });
    document.addEventListener("keydown", (event) => {
      this._audio.play();     
    });
  }

总结

作为一款国产自研图形渲染引擎，HT for Web对3D场景的各自效果支持还是非常强大的。在3D场景(Graph3dView)中，可以通过设置天空球、雾化、辉光和景深等特效来增强场景的逼真度和美观度。其中，天空球可以通过设置ht.Node类型的节点来实现，雾化可以通过设置场景的雾化属性来实现，辉光可以使用g3d.enablePostProcessing()方法来实现，景深可以使用特殊的贴图来模拟。此外，为了让场景更加逼真，还可以根据需要添加背景音乐。
在下一章中，我计划再介绍一下其他的几种环境特效，例如：阴影，灯光，环境光等。有兴趣的同学们记得订阅。

附录

​Hightopo 使用心得（1）- 基本概念
Hightopo 使用心得（2）- 2D 图纸 GraphView，节点 Node, 连线 Edge，与基本动画 ht.Default.startAnim()
Hightopo 使用心得（3）- 吸附与锚点
Hightopo 使用心得（4）- 3D 场景 Graph3dView 与 Obj 模型
Hightopo 使用心得（5）- 动画的实现