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居然不知道CSS能做3D?天空盒子了解一下,颠覆想象👽

〇 前言

大家好,这次给大家换换口味,我们来点不一样的东西。请不要理解歪了🐶。

image.png

上周六和昊神的一聊,然后就有了这篇文章。

通过H5实现3D全景是挺平常的事情了,通过three.js可以很容易实现一个全景图。

image.png 可以这个链接来查看,three.js来实现的,戳👇three.js全景图DEMO链接

其实我们通过CSS3也能实现类似的效果,而且性能上更好,兼容性更好,支持低端机型。

是不是很惊讶,CSS居然也能做这种事情?

image.png

好了,放放手上的事情,花10多分钟专心致志🐶,羽飞老师的课开始了。

注意⚠️:建议PC端观摩,因为有挺多例子需要查看后理解更好,不过也不太影响,为手机同学准备了比较多的gif图,准备地好疲乏🥱。

由于本文重点在最后章,文中借用了一些DEMO方便快速带入,可能有所纰漏,欢迎各位大佬拍砖🧱、吐槽💬。

〇 背景

17年双十一前夕,其实也前不了多少天(大家都懂),产品找到我,说要做它,赶在双十一前上线,然后就有了它🐶。

开门见山,直接甩上成品给大家看看。

image.png

那......我就开动啦。我们先看看成品是长啥样的。

可以查看这个,👇CSS全景图DEMO链接

image.png

或者通过如上CSS全景图DEMO二维码进行尝试。

如果是“尊贵”的苹果手机用户🐶,在iOS13以上需要允许陀螺仪才可,如下图,得点击屏幕授权通过。iOS13之前都是默认开启的,苹果真的是一点不考虑向下兼容🥲,有点霸道呀。

image.png

扯远了扯远了,收。

这个时候大家就可以通过旋转手机或拖拽来查看整个全景图了。

image.png

是不是还挺神奇的?不是?

image.png

还是不是?🐶。🦢🦢🦢,不能向苹果学习🐶。

回来回来,接下来讲讲原理,先看看前置知识点。

〇 前置知识

看问题先看全貌,我们先来了解下如题中所提的天空盒子是什么概念。

天空盒子

天空盒子其实通俗的理解,可以理解如果把你放到天空中,上下前后左右都是蓝色的天空。而这个天空可以简单的用六边形来实现。

如下图所示,六边组成了一个封闭空间。

如果把你放到这个空间里,然后把每个空间的墙壁弄成天蓝色,而且每面都是纯蓝天色,这样你就分辨不出自己是不是在天上,还是只是在一个封闭的天空盒子里。

细思极恐,让人想到了缸中之脑,没听过的同学可以看看百度百科的缸中之脑解释

好了,回归主题👻。这样一个天空盒子就形成了一个全景空间图。

那CSS是要怎么才能实现一个天空盒子呢?我们继续。

image.png

CSS 3D坐标系

先来了解一下坐标系的概念。

从二维“反降维”到三维,需要理解下这个坐标系。

image.png

我们可以看到增加一个Z纬度的线,平面就变3D了。

这里需要注意的是CSS3D中,上下轴是Y轴,左右轴是X轴,前后轴是Z轴。可以简单理解为在原有竖着的面对我们的平面中,在X和Y轴中间强行插入一根直线,与Y轴和X轴都成90度,这根直线就是Z轴。

通过上面的处理,这样就形成了一个空间坐标系。

这有什么用呢?

image.png

大家可能有点懵逼,感觉二维都没搞定,突然要搞三维了。

可以先看看这个3D坐标系的DEMO,👇链接在此,可以先随意把玩把玩。

可以看到途中绿色线就是Z轴,红色就是X轴,蓝色就是Z轴。

多玩一玩就有点感觉啦,是不是感觉逐渐有了3D空间的感觉。

没有?

image.png

其他同学们,不要他了,我们继续。

image.png

不管你了,辛苦做了好久的DEMO🐶。继续继续。

如果想深入了解此CSS 3D坐标系演示的DEMO,源码可以查看这里,👇链接在此

说到CSS 3D,肯定离不开CSS3D transform,下面开始学习。

CSS 3D transform

3D transform字面意思翻译过来为三维变换。

3D rotate

我们先从rotate 3d(旋转)开始,这个能辅助我们理解3D坐标系。

rotate X

单杠运动员,如果正面对着我们,就是可以理解为围着X转。

image.png

rotate Y

围着钢管转,就可以理解为围着Y轴在转。

rotate Z

如果我们正面对着摩天轮,其实摩天轮就在围着Z轴在做运动,中间那个白点,可以理解为Z轴从这个圆圈穿透过去的点。

如果还没理解的同学,可以通过之前的CSS3D DEMO,👇链接在此,辅助理解3D rotate。

理解了3D rotate后,可以辅助我们理解三维坐标系。下面我们开始讲解perspective,有一些理解的难度哦。

image.png

perspective

perspective是做什么用的呢?字面意思是视角、透视的意思。

有一种我们从小到大看到的想象,可能我们都并不在意了,就是现实生活中的透视。比如同样的电线杆,会进高远低。其实这个现象是有一些规律的:近大远小、近实远虚、近宽远窄。

image.png

因此在素描、建筑的行业,都会通过一种透视的方式来表达现实世界的3D模型。

image.png

而我们在计算机世界怎么表达3D呢?

image.png

上方图可以辅助大家理解3D的透视perspective,黄色的是电脑或手机屏幕,红色是屏幕里的方块。

image.png

再看看上面这个二维图,可以看到,perspective: 800,代表3D物体距离屏幕(中间那个平面)是800px。

这里还有个概念,perspective-origin,可以看到上面perspective-origin是50% 50%,可以理解为眼睛视角的中心点,分别在x轴、y轴(x轴50%,y轴50%)交叉处。

image.png

没事没事,如果上面这些还不够你理解的,可以看看下面这张图。再不懂就不管你了🐶。

「下图来自:CSS 3D - Scrolling on the z-axis | CSS | devNotesimage.png

上图里的Z就是Z轴的值。Z轴如果是正数的离屏幕更近,如果是负数离屏幕更远。

而Z轴的远近和translateZ分不开,下面来讲解translateZ。

image.png

translateZ

这个属性可以帮助我们理解perspective。

可以通过translate的DEMO进行把玩把玩,有助于理解,戳👇DEMO链接在此

translateZ实现了CSS3D世界空间的近大远小。

看一下这个例子,平面上的translateZ的变换,戳👇DEMO链接在此

Kapture 2021-08-18 at 14.06.30.gif

比如,我们设置元素perspective为201px,则其子元素的translateZ值越小,则看着越小;如果translateZ值越大,则看着越大。当translateZ为200px的时候,该元素会撑满屏幕,当超过201px时候,该元素消失了,跑到我们眼睛后面了。

平面上的translateZ感受完了,来试试三维下的,看看这个DEMO,戳👇链接在此

上图中,如果把perspective往左拖,可以发现front面会离我们越来越远,如果往右拖,反之。

通过这么一节,基本translateZ的作用,大家应该都能理解到位了,还没有?回头看看🐶。

image.png

模拟现实3D空间

其实计算机的3D世界就是现实3D世界的模拟。而和计算机的3D世界中,构建3D空间概念很相近的现实场景,是摄像。我们可以考虑一下如果你去拍照,会有几个要素?

第一个:镜头,第二个:拍摄的环境的空间,第三个:要拍摄的物件。

「下图来自搞懂 CSS 3D,你必须理解 perspective(视域)

image.png

而在CSS的3D世界,我们也需要去模仿这三要素。我们用三层div来表示,第一层是摄像镜头、第二层是立体空间或也可叫舞台,第三层是立体空间内的元素。

大致的HTML代码如下。

<div class="camera">
    <div class="space">
        <div class="box"> 
        </div>
    </div>
</div>
复制代码

下面就是真枪实弹地干了。

image.png

〇 实现天空盒子

已经知道了足够的前置知识,我们来简单实现一下天空盒子。

六面盒子

需要生成前后、左右、上下六个面。首先我们想一下第一面前面应该怎么放?

前面墙

假设我们在天空盒子(是一个正方体1024px*1024px),我们在正方体里面的中心点,那我们要往前面的墙上贴一张图,需要做什么?

我们回顾下坐标系。

image.png

你可以想象自己站在x轴和y轴交叉的中心点,即你在正方体的中心点。则你的前面的墙就是在z为-512px处,因为是前面,我们无需对这个墙进行旋转。

<html>
<head>
  <title>CSS3D天空盒子</title>
  <style>
    html,
    body {
      margin: 0;
      overflow: hidden;    
      background-color: #ccc;
    }
    .camera {
      perspective: 512px;
      perspective-origin:50% 50%;
    }
    .space {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      margin: 0 auto;
      transform-style: preserve-3d;
    }
    .space img {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      position: absolute;
    }
    .space .front {
      /* 正面的图无需旋转 */
      transform: rotateZ(0) rotateY(0) rotateZ(0) translateZ(-512px);
    }
  </style>
</head>

<body>
  <div class="camera" id="camera">
    <div class="space">
      <img class="front" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/front.jpg" alt="" />
    </div>
  </div>
</body>
</html>
复制代码

生成如下页面,演示代码地址:。 image.png

可以看到第一张图被放在了前面。

左面墙

从前面墙放上一张图,然后转向左面墙,需要几步走?

image.png

第一步,需要让平面与前面的墙垂直,这个时候我们需要把左面的图绕着Y轴旋转90度。

左面墙的图本应该放在X轴的-512px位置,但由于做了旋转,所以左面墙对应的坐标系也做了绕着Y轴向下旋转了90度。如果我们想把左侧的图放到对应的位置,我们需要让其在Z轴的-512px位置。

因此代码如下。

<html>
<head>
  <title>CSS3D天空盒子</title>
  <style>
    html,
    body {
      margin: 0;
      overflow: hidden;    
      background-color: #ccc;
    }
    .camera {
      perspective: 512px;
      perspective-origin:50% 50%;
    }
    .space {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      margin: 0 auto;
      transform-style: preserve-3d;
    }
    .space img {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      position: absolute;
    }
    .space .front {
      /* 正面的图无需旋转 */
      transform: rotateZ(0) rotateY(0) rotateZ(0) translateZ(-512px);
    }
    .space .left {
      transform: rotateY(90deg) translateZ(-512px);
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="camera" id="camera">
    <div class="space">
      <img class="front" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/front.jpg" alt="" />
      <img class="left" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/left.jpg" alt="" />
    </div>
  </div>
</body>
</html>
复制代码

生成的页面如下,演示代码地址

image.png

可以看到左面墙确实生成在了前面墙的左侧。

底面

类似前面墙、左面墙,我们把底面,做了绕着X轴旋转90度,然后沿着Y轴走-512px。

代码如下。

<html>
<head>
  <title>CSS3D天空盒子</title>
  <style>
    html,
    body {
      margin: 0;
      overflow: hidden;    
      background-color: #ccc;
    }
    .camera {
      perspective: 512px;
      perspective-origin:50% 50%;
    }
    .space {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      margin: 0 auto;
      transform-style: preserve-3d;
    }
    .space img {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      position: absolute;
    }
    .space .front {
      /* 正面的图无需旋转 */
      transform: rotateZ(0) rotateY(0) rotateZ(0) translateZ(-512px);
    }
    .space .left {
      transform: rotateY(90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .bottom {
      transform: rotateX(90deg) translateZ(-512px);
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="camera" id="camera">
    <div class="space">
      <img class="front" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/front.jpg" alt="" />
      <img class="left" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/left.jpg" alt="" />
      <img class="bottom" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/bottom.jpg" alt="" />
    </div>
  </div>
</body>
</html>
复制代码

生成页面如下,演示代码地址

image.png

可以看到我们底部也有了,看看所有面集成后是什么样。

image.png

所有面

类似上面的操作,我们把六个面补全,下面我们就把六个面都集合起来。

<html>
<head>
  <title>CSS3D天空盒子</title>
  <style>
    html,
    body {
      overflow: hidden;    
      margin: 0;
    }
    .camera {
      perspective: 512px;
      perspective-origin:50% 50%;
    }
    .space {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      margin: 0 auto;
      transform-style: preserve-3d;
    }
    .space img {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      position: absolute;
    }
    .space .front {
      /* 正面的图无需旋转 */
      transform: rotateZ(0) rotateY(0) rotateZ(0) translateZ(-512px);
    }
    .space .back {
      transform: rotateY(180deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .left {
      transform: rotateY(90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .right {
      transform: rotateY(-90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .bottom {
      transform: rotateX(90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .top {
      transform: rotateX(-90deg) translateZ(-512px);
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="camera" id="camera">
    <div class="space">
      <img class="front" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/front.jpg" alt="" />
      <img class="back" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/back.jpg" alt="" />
      <img class="left" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/left.jpg" alt="" />
      <img class="right" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/right.jpg" alt="" />
      <img class="bottom" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/bottom.jpg" alt="" />
      <img class="top" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/top.jpg" alt="" />
    </div>
  </div>
</body>
</html>
复制代码

生成页面如下,演示代码地址

image.png

我们发现看不到后方墙(背面墙)。所以我们打算把整个场景转起来。

image.png

盒子旋转

怎么才能把盒子进行旋转?这里需要对六面墙所在的场景,也即是它们上一层的元素。

我们给.cube加上一个动画效果,绕着Y轴钢管舞🐶,回忆起前置知识里的钢管舞没?

<html>
<head>
  <title>CSS3D天空盒子</title>
  <style>
    html,
    body {
      overflow: hidden;
      margin: 0;
    }
    .camera {
      perspective: 512px;
      perspective-origin:50% 50%;
      
    }
    .space {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      margin: 0 auto;
      transform-style: preserve-3d;
    }
    .space img {
      width: 1024px;
      height: 1024px;
      position: absolute;
    }
    .space .front {
      /* 正面的图无需旋转 */
      transform: rotateZ(0) rotateY(0) rotateZ(0) translateZ(-512px);
    }
    .space .back {
      transform: rotateY(180deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .left {
      transform: rotateY(90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .right {
      transform: rotateY(-90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .bottom {
      transform: rotateX(90deg) translateZ(-512px);
    }
    .space .top {
      transform: rotateX(-90deg) translateZ(-512px);
    }
    @keyframes rot {
      0% {
        transform: rotateY(0deg)
      }

      10% {
        transform: rotateY(90deg)
      }

      25% {
        transform: rotateY(90deg)
      }

      35% {
        transform: rotateY(180deg)
      }

      50% {
        transform: rotateY(180deg)
      }

      60% {
        transform: rotateY(270deg)
      }

      75% {
        transform: rotateY(270deg)
      }

      85% {
        transform: rotateY(360deg)
      }

      100% {
        transform: rotateY(360deg)
      }
    }
    /*为立方体加上帧动画*/
    .space {
      animation: rot 8s ease-out 0s infinite forwards;
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="camera" id="camera">
    <div class="space">
      <img class="front" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/front.jpg" alt="" />
      <img class="back" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/back.jpg" alt="" />
      <img class="left" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/left.jpg" alt="" />
      <img class="right" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/right.jpg" alt="" />
      <img class="bottom" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/bottom.jpg" alt="" />
      <img class="top" src="//yun.dui88.com/tuia/junhehe/skybox/top.jpg" alt="" />
    </div>
  </div>
</body>
</html>
复制代码

生成页面动画效果如下,这次用的手机拍摄的更真实一些😂,虽然有点糊,演示代码地址

gif (1).gif

既然能自动旋转,我们是不是可以考虑用手动旋转呢?

image.png

手动旋转

大概原理,就是手动拖拽(手机是touchmove,PC是mousemove),拖拽过去走的多少路程,计算出角度,然后把这个角度通过DOM设置(这个过程通过requestAnimationFrame不停地轮询设置)。

启动手动拖拽的代码。

var curMouseX = 0;
var curMouseY = 0;
var lastMouseX = 0;
var lastMouseY = 0;

if (isAndroid || isiOS) {
  document.addEventListener('touchstart', mouseDownHandler);
  document.addEventListener('touchmove', mouseMoveHandler);
} else {
  document.addEventListener('mousedown', mouseDownHandler);
  document.addEventListener('mousemove', mouseMoveHandler);
}

function mouseDownHandler(evt) {
  lastMouseX = evt.pageX || evt.targetTouches[0].pageX;
  lastMouseY = evt.pageY || evt.targetTouches[0].pageY;
}

function mouseMoveHandler(evt) {
  curMouseX = evt.pageX || evt.targetTouches[0].pageX;
  curMouseY = evt.pageY || evt.targetTouches[0].pageY;
}
复制代码

具体的不分析了,不是本次的重点。有兴趣的可以直接看代码深入。

且由于我们想使用在手机上,因此做了rem的适配,适配在手机端。

生成页面动画效果如下,演示代码地址

上面是手机录制的旋转视频。既然我们能通过手触旋转,那我们肯定也可以进行陀螺仪旋转。

陀螺仪旋转

大致原理也是如上,把手动拖拽换成了陀螺仪旋转,然后计算旋转角度。

启动陀螺仪的代码。

window.addEventListener('deviceorientation', motionHandler, false)
function motionHandler(event) {
  var x = event.beta;  
  var y = event.gamma;
}
复制代码

自开头所说,陀螺仪在IOS13+下需要授权。

var isiOS = !!u.match(/\(i[^;]+;( U;)? CPU.+Mac OS X/); // ios??
if (isiOS) {
  permission()
} 

function permission () {
  if ( typeof( DeviceMotionEvent ) !== "undefined" && typeof( DeviceMotionEvent.requestPermission ) === "function" ) {
    // (optional) Do something before API request prompt.
    DeviceMotionEvent.requestPermission()
      .then( response => {
      // (optional) Do something after API prompt dismissed.
      if ( response == "granted" ) {
        window.addEventListener( "devicemotion", (e) => {
          // do something for 'e' here.
        })
      }
    })
      .catch( console.error )
  } else {
    alert( "请使用手机浏览器" );
  }
}
 
复制代码

下面是手机录制展示陀螺仪的例子,生成页面动画效果如下,演示代码地址

这里想深入的同学,可以看一下代码,和上面一样不是本文的重点就不分析了。

有没有感觉写了这么多代码,感觉跟写纯JS操作DOM似的,有没有类似JQuery之类的库呢?

image.png

css3d-engine

上面只是实现了平行旋转,要实现任意角度旋转,我们是基于css3d-engine做了实现。

这一节只是带过,理解了大概的原理后,结合例子去学习这个库还是非常快的。

部分示例代码

文章第一个DEMO就是以这个库为基础进行实践的,地址在这里:github.com/shrekshrek/…

创建stage,stage是舞台,是整个场景的根。

var s = new C3D.Stage();  
复制代码

创建一个天空盒子的例子,控制各面的素材。

//创建1个立方体放入场景
var c = new C3D.Skybox();
c.size(1024).position(0, 0, 0).material({
  front: {image: "images/cube_FR.jpg"},
  back: {image: "images/cube_BK.jpg"},
  left: {image: "images/cube_LF.jpg"},
  right: {image: "images/cube_RT.jpg"},
  up: {image: "images/cube_UP.jpg"},
  down: {image: "images/cube_DN.jpg"},
}).update();
s.addChild(c);
复制代码

Tween制作动效

第一个DEMO中动效,是通过Tween.js实现的,地址在这里:github.com/sole/tween.…

为什么DOM元素会有动效,也是因为属性值的变化,而Tween可以控制属性值在一段时间内按规定的规律变化。

下面是一个Tween的示例。

var coords = { x: 0, y: 0 };
var tween = new TWEEN.Tween(coords)
	.to({ x: 100, y: 100 }, 1000)
	.onUpdate(function() {
		console.log(this.x, this.y);
	})
	.start();

requestAnimationFrame(animate);

function animate(time) {
	requestAnimationFrame(animate);
	TWEEN.update(time);
}
复制代码

在最后再体验一下整个处理好后的DEMO,重新感受一下。

image.png

具体的完整版DEMO的源码在此,有兴趣的可以深入研究,由于是之前早几年做的DEMO,代码比较乱,还请见谅,地址在此:github.com/fly0o0/css3…

〇 尾声

还是回应下开头,希望大家多拍砖、建议,谢谢😘。

结语

回顾作者往期高赞文章,可能有意想不到的收获!

😘点赞+评论+转发😘,原创一篇不易,可能要肝好几个凌晨😂,求鼓励写更多的文章。

image.png

扩展阅读

【拇指期刊 vol.8】案例二:CSS3动画之3D动画 - 数英

Perspective · Intro to CSS 3D transforms

Css3 Transform的一些例子

CSS 3D Panorama(全景) - 淘宝造物节技术剖析 - SegmentFault 思否

「CSS 3D 专题」搞懂 CSS 3D,你必须理解 perspective(视域)这个属性 - 云+社区 - 腾讯云

CSS Perspective, WHW(what?, how?, when?) | by Neel Dedhia | Medium | Medium

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