Five.js

贝壳如视三维渲染框架

什么是Five

Five是贝壳如视(realsee.com) 提供的在浏览器中运行的三维空间渲染 Javascript SDK。您可以通过如视开发者中心的数据服务，并结合Five，制作丰富多彩的三维空间应用。

并且Five提供了一系列的方法、事件、生命周期函数。您可以方便地基于Five进行二次开发，并结合到您自身的项目中，为您的项目添砖加瓦。

Five通过 TypeScript 编写，保证开发的质量以及编程体验，推荐通过 Visual Studio Code、WebStorm 等现代源代码编辑器，您将可以体验到友好的代码提示以及自动补全。

Five还提供了完善的 React Hooks API ，可以方便的通过 React 开发复杂的响应式数据应用。当然直接使用Five开发也是没有问题的。

安装Five

Five提供通过 npm 的方式安装。Five基于 Three.js, 所以同时您需要安装相关依赖。

目前依赖的three版本为 115 ~ 117 的版本

npm install @realsee/five three@0.117.1

如果您使用React Hooks API，那么也请同时安装React的相关依赖。

npm install @realsee/five three@0.117.1 react react-dom @types/react @types/react-dom

接下来便可以在您的项目使用Five了。

import { Five } from "@realsee/five";
// 如果您使用 React Hoos API
import { useFiveState } from "@realsee/five/react";

浏览器兼容性

Safari	Safari on iOS	Chrome	Chrome for Android	Edge	Firefox
>= 9	>= 9	>= 49	>= 93	>= 13	>= 45

快速上手

Five提供了快速上手体验的项目生成工具，您可以通过他熟悉Five的功能以及尝试基于Five开发功能。

先创建一个文件夹five-quick-start, 作为项目根目录并且使用 npm init 命令初始化一个工程。

mkdir five-quick-start && cd five-quick-start && npm init -y

安装Five

npm install @realsee/five

通过Five的内置的five-quick-start-init脚本来快速补完当前项目

npx five-quick-start-init

项目的文件结构如下

.
├── README.md
├── assets                   静态文件（测试数据）
│   ├── data0.json
│   └── data1.json
├── index.html               页面模版
├── index.tsx                逻辑代码
├── package.json             npm 包管理描述
├── tsconfig.json            typescript 配置
├── webpack.config.js        webpack 开发环境配置
└── webpack.production.js    webpack 生产配置

通npm script运行测试环境

npm run dev

默认将会在 port: 3000 开启 webpack dev server。您也可以在 webpack.config.js 中修改配置。

现在可以打来浏览器 http://0.0.0.0:3000 来看看项目初始化的效果了。您可以修改代码来体验一下如何使用Five来二次开发。

如何使用Five

Five的简单使用样例:

import { Five } from "@realsee/five";

// 构造函数的具体参数见文档
const five = new Five();

// 将渲染视图的 canvas 添加到 DOM 中
five.appendTo(document.getElementById('app')!);

// 如果显示区域需要变动，在变动时请调用 refresh 重置显示参数
window.addEventListener('resize', () => five.refresh());

// 获取三维空间的 Work 数据，加载进来
// Work 数据可以通过如视开发者中心获取
fetch(`./work.json`)
  .then(res => res.json())
  .then(work => five.load(work));

其他的 Five API 待补充

在React框架中使用Five

在React框架中使用Five的简单使用样例:

import * as React from "react";
import * as ReactDOM from "react-dom";
import {Five, Work, parseWork} from "@realsee/five";
import {createFiveProvider, FiveCanvas} from "@realsee/five/react";

// 创建 Provider, 参数与 new Five 参数类似
// 构造函数的具体参数见文档
const FiveProvider = createFiveProvider();

const App: React.FC = () => {

  // 声明 State: Work
  const [work, setWork] = React.useState<Work | null>(null);

  // 声明 State: Size<{width, height}>
  const [size, setSize] = React.useState({
    width: window.innerWidth,
    height: window.innerHeight
  })

  // 获取三维空间的 Work 数据，加载进来
  const loadWork = React.useCallback((url: string) => {
    fetch(url)
            .then(res => res.json())
            .then(data => setWork(parseWork(data)));
  }, []);

  React.useEffect(() => {
    loadWork("./data0.json");
  }, []);

  // 如果显示区域需要变动，在变动时请调用 FiveCanvas 的 size
  React.useEffect(() => {
    const onResize = () => {
      setSize({
        width: window.innerWidth,
        height: window.innerHeight
      });
    }
    window.addEventListener("resize", onResize, false);
    return () => window.removeEventListener("resize", onResize, false);
  });

  if (work) {
    {/*
      在 FiveProvider 内承载一个 Five 实例，
      在他内部的组件可以使用 Five React Hook API 来获取/设置/操作 他
      一个页面中也可以有多个 FiveProvider
    */}
    return <FiveProvider initialWork={work}>
      {/*
        将渲染视图的 canvas 添加到 DOM 中
        FiveCanvas 需要出现在 FiveProvider 内，他将渲染 FiveProvider 的视图
        这样的设计可以实现不同的 DOM 层级结构
        在 FiveProvider 内的其他组件也可以使用 Five React Hook API 来获取/设置/操作 他外部的 FiveProvider
      */}
      <FiveCanvas width={size.width} height={size.height}/>
    </FiveProvider>
  }
  return null;
}

ReactDOM.render(<App></App>, document.getElementById("app"));

其他的Five React Hook API文档建设中...

Five API文档

欢迎查看 Five API 文档。

该文档由 TypeDoc 生成，您可以详细查看 api 使用方式，调用参数，数据结构。

相关名词解释

什么是Work

Work是如视开发者中心提供的对于一个三维空间的描述。是通过如视硬件设备（如视扫描仪、如视Lite全景相机、如视VR App ）扫描并处理之后用于三维空间展示的数据。

Work以JSON作为数据格式Five框架可以解析Work数据并展示。一个Five实例每次可以载入并展示一个Work。并且也可以在不同的Work之间动态切换。

Work的数据样例如下

{
  "initial": {
    "mode": "Panorama",
    "pano_index": 6,
    "longitude": 2.6869287662553916,
    "latitude": 0,
    "fov": 95
  },
  "model": {
    "file_url": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/model\/auto3d-DJaa08PIzN4JYluXQ1j2VS.at3d",
    "material_textures": [
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_0.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_1.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_2.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_3.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_4.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_5.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_6.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_7.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_8.jpg",
      "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/materials\/texture_9.jpg"
    ]
  },
  "panorama": {
    "list": [
      {
        "up": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_u.jpg",
        "down": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_d.jpg",
        "left": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_l.jpg",
        "right": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_r.jpg",
        "front": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_f.jpg",
        "back": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/0\/2257f0f0b29d5b00ff01934ce51aaa35\/0_b.jpg"
      },
      {
        "up": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_u.jpg",
        "down": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_d.jpg",
        "left": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_l.jpg",
        "right": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_r.jpg",
        "front": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_f.jpg",
        "back": "https:\/\/vrlab-public.ljcdn.com\/release\/auto3dhd\/a62e1ebf7d013f7df117551a14af79fc\/images\/cube_2048\/1\/ecb554bb1c122fa90186d176ccfecde4\/1_b.jpg"
      }
    ],
  },
  "observers": [
    {
      "visible_nodes": [ 1 ],
      "accessible_nodes": [ 1 ],
      "quaternion": {
        "w": 0.45076583925142194,
        "x": 0.010070951976936936,
        "y": -0.8925839597148215,
        "z": -0.0016154299986102319
      },
      "standing_position": [
        -6.956049919128418,
        -1.3924440682333898,
        1.6591600179672241
      ],
      "position": [
        -6.956049919128418,
        -0.10312400013208389,
        1.6591600179672241
      ],
      "floor_index": 0
    },
    {
      "visible_nodes": [ 0 ],
      "accessible_nodes": [ 0 ],
      "index": 1,
      "quaternion": {
        "w": -0.9884643083591809,
        "x": -0.0038900979633806664,
        "y": 0.1512670435365699,
        "z": -0.006439990839033269
      },
      "standing_position": [
        -6.176340103149414,
        -1.380554749576384,
        2.179759979248047
      ],
      "position": [
        -6.176340103149414,
        -0.10025200247764587,
        2.179759979248047
      ],
      "floor_index": 0,
    }
  ]
}

Work 的数据说明

initial: 初始化数据，是一个 State 数据。描述Work被加载初始状态的位姿，也叫做VR的初始视角
- mode: 模态
- pano_index: 初始化点位
- longitude: 相机的水平角
- latitude: 相机的偏航角
- fov: 相机垂直方向的可视角度
model: 三维模型
- file_url: 三维模型的资源地址，文件为 .at3d 为如视定制的模型格式
- material_textures: 三维模型的贴图资源地址
panorama: 全景彩色信息
- list:
  - up / down / left / right / front / back: 全景彩色信息以 cubemap 方式存储和使用。
observers: 采集点信息
- visible_nodes: 采集点之间的可见性列表
- accessible_nodes: 采集点之间的连通性列表
- quaternion: 采集点与模型坐标的旋转偏移量
- standing_position: 采集点地面坐标
- position: 采集点坐标
- floor_index: 采集点楼层

什么是 Five State

State是Five框架用于描述状态的数据结构。他包含了模态、位于的采集点位、相机的方向、相机可视角度的信息。您可以使用State来操作Five或者获取Five当前的状态。

interface State {
  "mode": Five.Mode,
  "panoIndex": number,
  "longitude": number,
  "latitude": number,
  "fov": number,
  "distanace": number,
  "offset": THREE.Vector3,
}

State的数据描述

mode: 当前的模态 Five 常用有 5 种模态，可以使用 Five.Mode 获得
- Panorama: 全景游走模态，该模态下视图将在采集点间游走，手势操作可以旋转/放大视角/切换采集点，适合查看采集的全景信息。
- Floorplan: 空间总览模态, 该模态下视图以模型为中心，手势操作可以旋转/放大模型/切换楼层，适合查看模型的整体效果。
- Topview: 户型图模态，该模态下视图以模型为中心，垂直俯视模型，手势操作可以平移/放大模型/切换楼层，适合查看模型平面结构。
- Model: 模型游走模态，该模态下视图将在模型中自由游走，手势操作可以旋转/放大视角/位移，适合查看模型的细节，做一些定位操作。
- Mapview: 地图模态, 该模态下视图将类似三维地图，手势操作可以旋转/放大视角/位移，适合查看模型的细节。适合展示小区，工厂等较大的模型。
- VRPanorama: VR 眼镜模态，该模态下可以使用 Cardboard 眼镜或者他的第三方衍生产品，实现 VR 虚拟显示效果。
- XRPanorama: XR 眼镜模态，该模态下可以使用头戴显示设备比如 Pico, Meta Quest 等，实现沉浸式体验。
panoIndex: 采集点位
longitude / latitude: 相机的水平角 / 相机的偏航角（弧度），我们使用类似经纬度的方式描述相机位置。
fov: 相机垂直方向的可视角度 (角度)
distance: 相机距 offset 的距离
offset: 相机看向的目标

模型坐标的转换说明

目前涉及到的模型类型 at3d / domez / 3d-tile(b3dm, pnts, glb)

枚举说明

world: five.scene 场景下的坐标。属于 view 下的绝对坐标。坐标的上方向是 Y 轴，单位米。
local: 单个模型的相对坐标。坐标的上方向是 Y 轴，单位米。单个模型受到 work.transform 的影响会产生一定的位姿变化进行项目拼接（比如沙盘项目）。这种情况下，会与 world 有一定偏转。
enu: 模型描述坐标（East-North-Up）。坐标的上方向是 Z 轴，单位米。需要在算法模型输入/输出时使用这个坐标系。
ecef: 模型在地球的坐标系（Earth-centered, Earth-fixed）。坐标的上方向是 Z 轴并且固定是北，单位米。
lla: 模型在地球的经纬高度 (Latitude-Longitude-Altitude)。经纬度单位是弧度，高度单位是米。

数据来源

转换:

local 与 world 的转换依赖 work.transform
local 与 enu 的转换是固定的 yUp 转 zUp
enu 与 ecef 依赖 tileset.json 中 rootMeta.coordinate.pose_ecef_to_enu / rootMeta.coordinate.pose_enu_to_ecef。如果缺损，则使用 a=6378137.0;invf=298.257223563 的椭球近似计算
lla 通过 a=6378137.0;invf=298.257223563 的椭球近似计算

椭球近似计算: (enu + lla) 与 ecef 可以相互推导。

转换关系

在 five 环境下，通过 viewLayer 对象，即 five.models[number].viewLayer[number].scene 转化。提供对应方法。
- localToWorld(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- worldToLocal(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- localToEnu(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- enuToLocal(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- localToEcef(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- ecefToLocal(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- localToLla(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- llaToLocal(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- worldToEnu(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- enuToWorld(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- worldToEcef(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- ecefToWorld(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- worldToLla(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3
- llaToWorld(vector: THREE.Vector3): THREE.Vector3

这些函数均为直接修改传入 vector。如果要保持原先的数据，请实现 vector.clone()。

位置拾取

通过 intersectRaycaster 方法得到的 Intersection 在 world 坐标系下，并返回对应的 model 与 viewLayer。

与算法数据对接

目前约定为，算法的模型输入输出均使用 enu 坐标系。

@realsee/five

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