CSS 3D Panorama - 淘宝造物节技术剖析

[JChehe]

本文首发于 凹凸实验室

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。

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：

• perspective: 指定观察者与 z=0 平面的距离，使具有三维变换的元素产生透视效果。（默认值：none，值只能是绝对长度，即负数是非法值）。
• perspective-origin：指定观察者在哪个位置查看物体（基于同时指定了 perspective 的元素，默认值：50% 50%，即正视物体。值为 50% 100% 时，即仰视物体）。
• transform-style：为当前元素的子元素提供 2D 还是 3D 的空间。另外，该属性是非继承的。
• transform：修改 CSS 可视化模型的坐标空间，包括 平移（translate）、旋转（rotate）、缩放（scale） 和 扭曲（skew）。
• transform-origin：元素 transform 的原点（默认值为 50% 50% 0）。

下面我们对上述的一些点进行更深入的分析：

• 对于 perspective 对元素大小的影响：
  
  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，对于在“眼睛”背后的元素（即元素的 z 轴坐标值大于 perspective 的值），浏览器是不会将其渲染出来的。

• 对于 transform-style，该属性指定其子元素是处于 3D 场景还是 2D 场景。对于 2D 场景，子元素位于元素本身的平面内，即使旋转也不会穿透其他子元素；对于 3D 场景，子元素以真实 3D 空间进行定位展示。

  另外，由于 transform-style 是非继承属性，对于中间节点需再次指定。

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

  另外，如果 scale 值为负数，则该方向会 180 度翻转；

  再另外，transform 可能会导致元素（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

理清了 CSS Transform 相关的知识点后，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。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最大的不同点是：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，但对于其它模型，如球体，就需要意识这个原理。

淘宝造物节的活动页 是一个基于 CSS 3D 实现的全景页面。它将全景图分割成 20 等份，为一个正 20 棱柱。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。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，而对于其他正棱柱呢？

举例：对于正九棱柱，每个元素的宽为 210px，对应的圆心角为 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

计算过程

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

function calTranslateZ(opts) {
  return Math.round(opts.width / (2 * Math.tan(Math.PI / opts.number)))
}

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

俯视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：

#view(perspective: 420px)
    #cube(transform-style: preserve-3d)
        .face // 组成立方体的面

正棱柱构建完成后，就需要将我们的“眼睛”放置在正棱柱内。由于浏览器不会渲染在“眼睛”后的元素（与 .face 元素 是否设置 backface-visibility: hidden; 无关），且保证 .face 元素 的正面均指向正棱柱中心，这样就形成 360° 被环绕的效果了。

根据上述知识，笔者粗略地模仿了“造物节”的效果：https://css3dpanorama-1251477229.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/index.html

另外，只需 6 幅图即可实现一个常见的无死角全景图效果：https://css3dpanorama-1251477229.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/street.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：

以上就是我们通过 CSS3 Transform 相关属性实现的可交互全景效果了。当然，交互效果可以是拖拽，也可以是重力感应等。

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，设计稿有以下要求。

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）：

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，所以设计图的宽度要能被 N 整除；
3. 不要遗漏上下两面。

为了增强立体感，可添加能形成视差效果的小物体（与背景图不同的运动速度、延迟时间），如：


小物体元素（虚线用于参考，造物节中共有 21 个小物体）

如上图虚线所示，每个小物体也会被等分成 M 份，且每份宽度应与背景元素宽度相等。

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：

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 等工具将静态图像切分为 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：

• 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

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 则提供了一个优秀的展现平台。

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最后

随着终端设备的软硬件不断完善与提高，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真实的体验，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~

[zjp123]

你好 有源码可以参考下吗

[JChehe]

你好 有源码可以参考下吗

@zjp123 没有哦，弄丢了。网上好像有插件实现。

[xiao252]

全景图载入的时候有种路径动画的效果那部分是怎么实现的呢？

[JChehe]

全景图载入的时候有种路径动画的效果那部分是怎么实现的呢？

@xiao252 是指加载进度条完成后，组成棱柱的每片方块从小到大的效果吗？

1. 棱柱作为一个整体进行旋转
2. 同时，组成棱柱的每片方块按序错开一定间隔时间，执行从 scale(0) -> scale(1) 的过渡

[xiao252]

全景图载入的时候有种路径动画的效果那部分是怎么实现的呢？

@xiao252 是指加载进度条完成后，组成棱柱的每片方块从小到大的效果吗？

1. 棱柱作为一个整体进行旋转
2. 同时，组成棱柱的每片方块按序错开一定间隔时间，执行从 scale(0) -> scale(1) 的过渡

哦 ，明白了 ：）