three.js は GPU を使用してオブジェクトを選択し、交差位置を計算します-jsチュートリアル-php.cn

レイキャスティング方法

three.js に付属する Raycaster を使用してオブジェクトを選択するのは非常に簡単です。コードは次のとおりです。

var raycaster = new THREE.Raycaster();
var mouse = new THREE.Vector2();
function onMouseMove(event) {   
 // 计算鼠标所在位置的设备坐标
    // 三个坐标分量都是-1到1
    mouse.x = event.clientX / window.innerWidth * 2 - 1;
    mouse.y = - (event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
}
function pick() {    
    // 使用相机和鼠标位置更新选取光线    
    raycaster.setFromCamera(mouse, camera);    
    // 计算与选取光线相交的物体
    var intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children);
}

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[関連コースの推奨事項: JavaScript ビデオチュートリアル ]

バウンディングボックスフィルタリングを使用して、投影光線と各三角形のサーフェス要素を計算します。交差点が達成されます。

ただし、モデルが 400,000 個の面など非常に大きい場合、オブジェクトの選択とトラバースによる衝突ポイントの位置の計算は非常に遅くなり、ユーザーエクスペリエンスは良くありません。

しかし、GPU を使用してオブジェクトを選択すると、この問題は発生しません。シーンやモデルがどんなに大きくても、オブジェクトの位置とマウスポイントの交点を1フレーム内で取得できます。

GPU を使用してオブジェクトを選択する

実装方法は非常に簡単です:

1. 選択マテリアルを作成し、各モデルのマテリアルを置き換えます。色の違うシーン。

2. マウス位置のピクセルの色を読み取り、その色に基づいてマウス位置のオブジェクトを決定します。

具体的な実装コード:

1. 選択したマテリアルを作成し、シーンを走査し、シーン内の各モデルを別の色に置き換えます。

let maxHexColor = 1;// 更换选取材质
scene.traverseVisible(n => {    
if (!(n instanceof THREE.Mesh)) {
        return;
    }
    n.oldMaterial = n.material;
        if (n.pickMaterial) { // 已经创建过选取材质了
        n.material = n.pickMaterial;
                return;
    }
    let material = new THREE.ShaderMaterial({
        vertexShader: PickVertexShader,
        fragmentShader: PickFragmentShader,
        uniforms: {
            pickColor: {
                value: new THREE.Color(maxHexColor)
            }
        }
    });
    n.pickColor = maxHexColor;
    maxHexColor++;
    n.material = n.pickMaterial = material;
});
  
PickVertexShader：
void main() {
    gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
}
  
PickFragmentShader：
uniform vec3 pickColor;void main() {
    gl_FragColor = vec4(pickColor, 1.0);
}

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2. WebGLRenderTarget 上にシーンを描画し、マウス位置の色を読み取り、選択されているオブジェクトを決定します。

let renderTarget = new THREE.WebGLRenderTarget(width, height);
let pixel = new Uint8Array(4);// 绘制并读取像素
renderer.setRenderTarget(renderTarget);
renderer.clear();
renderer.render(scene, camera);
renderer.readRenderTargetPixels(renderTarget, offsetX, height - offsetY, 1, 1, pixel); // 读取鼠标所在位置颜色
// 还原原来材质，并获取选中物体
const currentColor = pixel[0] * 0xffff + pixel[1] * 0xff + pixel[2];
let selected = null;
 
scene.traverseVisible(n => {
    if (!(n instanceof THREE.Mesh)) {
            return;
    }
        if (n.pickMaterial && n.pickColor === currentColor) {
         // 颜色相同
 
        selected = n; // 鼠标所在位置的物体    
        }
        if (n.oldMaterial) {
            n.material = n.oldMaterial;        delete n.oldMaterial;
        }
});

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説明: offsetX と offsetY はマウスの位置、height はキャンバスの高さです。 readRenderTargetPixels 行の意味は、幅 1、高さ 1 のマウス位置 (offsetX、高さ - offsetY) のピクセルの色を選択することです。

pixel は Uint8Array(4) で、rgba カラーの 4 つのチャネルがそれぞれ格納され、各チャネルの値の範囲は 0 ～ 255 です。

完全な実装コード: https://gitee.com/tengge1/ShadowEditor/blob/master/ShadowEditor.Web/src/event/GPUPickEvent.js

GPU を使用して取得します交差点の位置

実装方法も非常に簡単です:

1. 深度シェーダーマテリアルを作成し、シーンの深度を WebGLRenderTarget にレンダリングします。

2. マウス位置の深さを計算し、マウスの位置と深さに基づいて交差位置を計算します。

具体的な実装コード:

1. 深度シェーダーマテリアルを作成し、特定の方法で深度情報をエンコードし、それを WebGLRenderTarget にレンダリングします。

深度マテリアル:

const depthMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
    vertexShader: DepthVertexShader,
    fragmentShader: DepthFragmentShader,
    uniforms: {
        far: {
            value: camera.far
        }
    }
});
DepthVertexShader：
precision highp float;
uniform float far;
varying float depth;void main() {
    gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    depth = gl_Position.z / far;
}
DepthFragmentShader：
precision highp float;
varying float depth;void main() {
    float hex = abs(depth) * 16777215.0; // 0xffffff
    float r = floor(hex / 65535.0);
    float g = floor((hex - r * 65535.0) / 255.0);    
    float b = floor(hex - r * 65535.0 - g * 255.0);    
    float a = sign(depth) >= 0.0 ? 1.0 : 0.0; // depth大于等于0，为1.0；小于0，为0.0。
    gl_FragColor = vec4(r / 255.0, g / 255.0, b / 255.0, a);
}

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重要な注意事項:

a. gl_Position.z はカメラ空間の深度であり、線形で、cameraNear から CameraFar までの範囲です。シェーダの可変変数は補間に直接使用できます。

b. gl_Position.z/far の理由は、色として出力しやすいように値を 0 ～ 1 の範囲に変換するためです。

c. スクリーン空間で深度を使用することはできません。透視投影後、深度は -1 ～ 1 になり、そのほとんどは 1 に非常に近い値 (0.9 以上) です。線形ではなく、ほとんど変化しません。出力色はほとんど変化せず、非常に不正確です。

d. フラグメントシェーダーで深度メソッドを取得します: カメラ空間深度は gl_FragCoord.z、スクリーン空間深度は gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w です。

e. 上記はすべて透視投影の場合ですが、正投影では gl_Position.w は 1 となり、カメラ空間とスクリーン空間の深度は同じになります。

f. 奥行きをできるだけ正確に出力するために、rgb の 3 つの成分を使用して奥行きを出力します。 gl_Position.z/far の範囲は 0 ～ 1 で、0xffffff を乗算し、RGB カラー値に変換します。r 成分 1 は 65535、g 成分 1 は 255、b 成分 1 は 1 を表します。

完全な実装コード: https://gitee.com/tengge1/ShadowEditor/blob/master/ShadowEditor.Web/src/event/GPUPickEvent.js

2. マウス位置の読み取り色、読み取ったカラー値をカメラ空間深度値に復元します。

a. WebGLRenderTarget で「暗号化された」深度を描画します。カラーの読み取り方法

let renderTarget = new THREE.WebGLRenderTarget(width, height);
let pixel = new Uint8Array(4);
scene.overrideMaterial = this.depthMaterial;
renderer.setRenderTarget(renderTarget);
renderer.clear();
renderer.render(scene, camera);
renderer.readRenderTargetPixels(renderTarget, offsetX, height - offsetY, 1, 1, pixel);

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pixel は Uint8Array(4) で、rgba カラーの 4 つのチャネルがそれぞれ格納され、各チャネルの値の範囲は 0 ～ 255 です。

b.「暗号化された」カメラ空間深度値を「復号」して、正しいカメラ空間深度値を取得します。

if (pixel[2] !== 0 || pixel[1] !== 0 || pixel[0] !== 0) {
    let hex = (this.pixel[0] * 65535 + this.pixel[1] * 255 + this.pixel[2]) / 0xffffff;    
    if (this.pixel[3] === 0) {
        hex = -hex;
    }
    cameraDepth = -hex * camera.far; // 相机坐标系中鼠标所在点的深度（注意：相机坐标系中的深度值为负值）}

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3. 画面上のマウスの位置とカメラ空間の深さに基づいて、交差点のワールド座標系の座標を補間および逆計算します。

let nearPosition = new THREE.Vector3(); // 鼠标屏幕位置在near处的相机坐标系中的坐标
let farPosition = new THREE.Vector3(); // 鼠标屏幕位置在far处的相机坐标系中的坐标
let world = new THREE.Vector3(); // 通过插值计算世界坐标
// 设备坐标
const deviceX = this.offsetX / width * 2 - 1;
const deviceY = - this.offsetY / height * 2 + 1;// 近点
nearPosition.set(deviceX, deviceY, 1); // 屏幕坐标系：(0, 0, 1)
nearPosition.applyMatrix4(camera.projectionMatrixInverse); // 相机坐标系：(0, 0, -far)
// 远点
farPosition.set(deviceX, deviceY, -1); // 屏幕坐标系：(0, 0, -1)
farPosition.applyMatrix4(camera.projectionMatrixInverse); // 相机坐标系：(0, 0, -near)
// 在相机空间，根据深度，按比例计算出相机空间x和y值。
const t = (cameraDepth - nearPosition.z) / (farPosition.z - nearPosition.z);
// 将交点从相机空间中的坐标，转换到世界坐标系坐标。
world.set(
    nearPosition.x + (farPosition.x - nearPosition.x) * t,
    nearPosition.y + (farPosition.y - nearPosition.y) * t,
    cameraDepth
);
world.applyMatrix4(camera.matrixWorld);