CSS `Spatial Grids` (`CSS Grid`) 与 `3D Scanning` 数据的融合

各位观众老爷们，大家好！今天咱们来聊点儿新鲜的，把CSS Grid这个前端神器，和听起来高大上的3D扫描数据，捏一块儿玩玩。这可不是简单的1+1=2，而是能碰撞出意想不到的火花！

开场白：为什么要这么玩？

你可能会问，CSS Grid不是用来布局网页的吗？3D扫描数据不是搞建模的吗？风马牛不相及啊！

确实，表面上看是这样。但仔细想想，3D扫描数据本质上就是空间信息的集合，而CSS Grid擅长的，不就是把元素摆放到网格里的特定位置吗？如果我们把3D扫描数据转换成某种网格化的表示，再用CSS Grid来渲染，就能在网页上以一种非常灵活的方式展示3D模型了。

想象一下，你扫了一个房间，然后用CSS Grid把房间里的家具摆放到对应位置，还能随意调整大小、旋转角度，是不是很酷？

第一幕：3D扫描数据的“扒皮”

首先，咱们得了解一下3D扫描数据是啥玩意儿。常见的3D扫描数据格式有很多，比如：

点云 (Point Cloud): 就是一堆点的集合，每个点都有坐标(x, y, z)和颜色信息。这是最原始的数据，信息量大，但不容易直接渲染。
三角网格 (Triangle Mesh): 由一系列三角形面片组成，每个三角形有三个顶点，每个顶点有坐标(x, y, z)。这是最常用的3D模型格式，渲染效率高。
体素 (Voxel): 类似于3D像素，把空间划分成一个个小立方体，每个立方体有颜色和材质信息。这种格式适合表示体积数据，比如CT扫描。

咱们先拿点云数据开刀，因为它最简单粗暴。

第二幕：点云数据的网格化改造

点云数据就像一堆散沙，我们需要把它整理成网格状。这个过程可以理解为“量化”。

确定网格大小： 首先，我们需要定义一个三维网格，确定网格的尺寸和分辨率。比如，我们可以把空间划分成10x10x10的网格，每个网格的大小是1米x1米x1米。
点云数据“入座”： 然后，遍历每个点云数据，根据它的坐标，找到它所在的网格单元。
网格单元的“代表”： 对于每个网格单元，如果里面有多个点，我们可以取这些点的平均坐标作为该网格单元的代表坐标。当然，也可以只取第一个点，或者根据某种权重计算。

下面是用JavaScript实现的简单示例：

function gridifyPointCloud(points, gridSize) {
  // points: 点云数据，格式为 [{x: number, y: number, z: number}, ...]
  // gridSize: 网格大小，例如 1 表示 1米x1米x1米的网格

  let minX = Infinity, minY = Infinity, minZ = Infinity;
  let maxX = -Infinity, maxY = -Infinity, maxZ = -Infinity;

  // 找到点云数据的边界
  for (const point of points) {
    minX = Math.min(minX, point.x);
    minY = Math.min(minY, point.y);
    minZ = Math.min(minZ, point.z);
    maxX = Math.max(maxX, point.x);
    maxY = Math.max(maxY, point.y);
    maxZ = Math.max(maxZ, point.z);
  }

  const gridWidth = Math.ceil((maxX - minX) / gridSize);
  const gridHeight = Math.ceil((maxY - minY) / gridSize);
  const gridDepth = Math.ceil((maxZ - minZ) / gridSize);

  const grid = new Array(gridWidth).fill(null).map(() =>
    new Array(gridHeight).fill(null).map(() =>
      new Array(gridDepth).fill(null)
    )
  );

  for (const point of points) {
    const xIndex = Math.floor((point.x - minX) / gridSize);
    const yIndex = Math.floor((point.y - minY) / gridSize);
    const zIndex = Math.floor((point.z - minZ) / gridSize);

    if (xIndex >= 0 && xIndex < gridWidth &&
        yIndex >= 0 && yIndex < gridHeight &&
        zIndex >= 0 && zIndex < gridDepth) {
      grid[xIndex][yIndex][zIndex] = point; // 可以考虑取平均值
    }
  }

  return { grid, minX, minY, minZ, gridSize }; // 返回网格数据和一些辅助信息
}

第三幕：CSS Grid“登场”

有了网格化的数据，就可以用CSS Grid来渲染了。我们需要把每个网格单元变成一个HTML元素，然后用CSS Grid把它放到对应的位置。

HTML结构： 创建一个容器元素，作为CSS Grid的父元素。容器里面包含一系列子元素，每个子元素代表一个网格单元。

<div id="grid-container">
  <!-- 网格单元将在这里动态生成 -->
</div>

CSS样式： 定义CSS Grid的样式，设置网格的行列数量、大小、间距等。

#grid-container {
  display: grid;
  grid-template-columns: repeat(10, 50px); /* 10列，每列50px */
  grid-template-rows: repeat(10, 50px);    /* 10行，每行50px */
  gap: 1px;                              /* 网格间距 */
  width: 500px;
  height: 500px;
  border: 1px solid black;
}

.grid-cell {
  background-color: lightblue;
  /* 可以添加其他样式，比如透明度、颜色等 */
}

JavaScript动态生成HTML元素： 使用JavaScript遍历网格数据，为每个网格单元创建一个HTML元素，并将其添加到容器中。

function renderGrid(gridData) {
  const { grid, minX, minY, minZ, gridSize } = gridData;
  const container = document.getElementById("grid-container");

  // 清空容器
  container.innerHTML = "";

  for (let x = 0; x < grid.length; x++) {
    for (let y = 0; y < grid[x].length; y++) {
      for (let z = 0; z < grid[x][y].length; z++) {
        const point = grid[x][y][z];
        if (point) {
          const cell = document.createElement("div");
          cell.classList.add("grid-cell");
          // 设置单元格的grid-column和grid-row属性，将其放置到对应的位置
          // 注意：这里简化了坐标转换，假设z轴对应于层叠顺序
          cell.style.gridColumn = x + 1;
          cell.style.gridRow = y + 1;
          // 可以根据点云的颜色信息设置单元格的背景颜色
          // cell.style.backgroundColor = `rgb(${point.r}, ${point.g}, ${point.b})`;

          container.appendChild(cell);
        }
      }
    }
  }
}

// 使用示例
const points = [
  { x: 0.5, y: 0.5, z: 0.5 },
  { x: 1.5, y: 1.5, z: 1.5 },
  { x: 2.5, y: 2.5, z: 2.5 },
];

const gridSize = 1;
const gridData = gridifyPointCloud(points, gridSize);
renderGrid(gridData);

第四幕：进阶玩法

上面的代码只是一个简单的示例，我们可以玩出更多花样。

颜色映射： 根据点云数据的颜色信息，设置网格单元的背景颜色，这样就可以在网页上看到彩色的3D模型了。
透明度： 根据点云数据的密度，设置网格单元的透明度。密度越高，透明度越低，这样可以更好地表现模型的形状。
交互： 添加鼠标事件，让用户可以旋转、缩放、平移3D模型。
3D效果： 虽然CSS Grid是二维布局，但我们可以通过一些技巧来模拟3D效果。比如，可以使用transform: rotateX()和transform: rotateY()来旋转网格，使用perspective属性来模拟透视效果。
体素化数据： 如果你有体素化的3D扫描数据，可以直接用CSS Grid来渲染。每个网格单元代表一个体素，可以根据体素的颜色和材质信息来设置单元格的样式。

第五幕：性能优化

如果点云数据量太大，直接用CSS Grid渲染可能会很卡。这时候就需要进行性能优化。

数据简化： 减少点云数据的数量，比如可以只保留关键点。
分层渲染： 把3D模型分成多个层，先渲染底层，再渲染上层。这样可以减少一次性渲染的元素数量。
虚拟化： 只渲染当前可见的网格单元，当用户滚动页面时，动态加载新的网格单元。
WebAssembly： 把点云数据的处理逻辑放到WebAssembly中，可以显著提高计算性能。

第六幕：三角网格的另辟蹊径

虽然我们前面主要讲的是点云数据，但三角网格数据也可以用类似的方法来处理。

投影： 将3D三角网格投影到2D平面上。可以使用正交投影或者透视投影。
栅格化： 将投影后的三角形栅格化，也就是把三角形覆盖的像素点都标记出来。
渲染： 用CSS Grid来渲染这些像素点。每个像素点对应一个网格单元，可以根据三角形的颜色和深度信息来设置单元格的样式。

这种方法比较复杂，但可以更精确地还原3D模型的形状。

第七幕：一个更复杂的例子：房间布局

假设你用3D扫描仪扫描了一个房间，得到了房间的墙壁、地板、天花板和家具的点云数据。现在你想在网页上展示这个房间的布局，并且让用户可以拖动家具，调整它们的位置。

数据处理： 首先，把点云数据转换成网格化的表示。可以把房间划分成一个三维网格，每个网格单元的大小是10厘米x10厘米x10厘米。
元素划分： 将房间的墙壁、地板、天花板和家具分别表示成不同的HTML元素。
定位： 使用CSS Grid把这些元素放到对应的位置。可以使用grid-column-start、grid-column-end、grid-row-start、grid-row-end等属性来精确控制元素的位置和大小。
交互： 使用JavaScript实现拖动功能。当用户拖动家具时，更新家具的grid-column和grid-row属性，从而改变家具的位置。
3D效果增强： 使用CSS transform属性来添加旋转和倾斜效果，增强3D的视觉效果。

总结：CSS Grid + 3D扫描数据 = 无限可能

今天我们只是简单地介绍了CSS Grid和3D扫描数据融合的一些基本思路。实际上，这方面的应用潜力非常巨大。

虚拟现实： 可以用CSS Grid来构建简单的虚拟现实场景。
建筑设计： 可以用CSS Grid来展示建筑模型的布局。
游戏开发： 可以用CSS Grid来制作简单的2D游戏。
数据可视化： 可以用CSS Grid来可视化3D扫描数据。

总之，只要你有创意，就可以用CSS Grid和3D扫描数据玩出很多有趣的东西。

尾声：留个作业

给大家留个小作业：尝试用CSS Grid来渲染一个简单的立方体。提示：可以用6个div元素来表示立方体的6个面，然后用transform属性来旋转和倾斜这些面。

好了，今天的讲座就到这里。感谢大家的观看！希望大家有所收获，下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复