三维场景中常用的路径动画

前言

在三维场景中，除了用逼近真实的模型代表现实中的设备、标识物外，通常还会使用一些动画来表示模型在现实中一些行为和作用。常见的动画比如路径动画、旋转动画、发光动画、流动动画等。本文将为大家介绍几种常用的路径动画。首先，最简单的自然是直线路径动画。

直线路径动画

比如以下场景，地铁需要从上一站A驶入当前站B，在此过程中，我们将AB组合成一条路径(假设路径为直线)，使用动画，不停的设置地铁(模型)的在路径上的位置，就可以实现地铁从A站-B站的动画过程。

const points = [A, B];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach((point, i) => {
  const { x, y, z } = point;
  if (i == 0) {
    path.moveTo(x, y, z);
  } else {
    path.lineTo(x, y, z);
  }
});
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    form: 0,
    to：1,
    dur：3000,
    delay,
    reverse：false,
    repeat: 1,
    easing,
    onPlay,
    onUpdate: (val) => {
      // 获取路径上的点
      const point = path.getPointAt(val);
      // 设置实体位置
      entity.setPosition(point);
    },
    onDone,
});
instance.play();

动画效果：

至此，直线路径动画就实现了。那么现在想想，现实场景中不可能只有直线运动这种场景，比如小车巡检，就属于一个折线场景，那么我们就需要使用折线动画来完成。

折线路径动画

小车在房间内不间断的通过巡检监控，记录设备状态及检测相关数据。模拟小车巡检动画，我们需要采集巡检小车核心点位：A、B、C、D。同样的将ABCD组合成路径，不停的设置小车(模型)位置

const points = [A, B, C, D];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    ...
    onUpdate: (val) => {
      // 获取路径上的点
      const point = path.getPointAt(val);
      // 设置实体位置
      entity.setPosition(point);
    },
    onDone,
});
instance.play();

动画效果：折线路径

当然，巡检过程可能是一个循环的闭合路径，所以可以满足使用四个点创建闭环路径，行形成闭环路径动画

折线路径闭环动画

const points = [A, B, C, D];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 闭环路径
path.closePath()
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    ...
});
instance.play();

动画效果：闭环路径

上面的折线动画是完成了，但是转弯的时候似乎略显生硬，接下来我们再尝试如何让转弯更自然。

圆润的折线路径动画

其实很简单，在已有的折线动画基础上，对路径先进行一步拐角处理，让路径整体显得很趋于自然。

const points = [A, B, C, D];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 闭环路径
path.closePath()
// 获取平滑路径, 让转弯更自然
path = mono.PathNode.prototype.adjustPath(path, 20, 1);
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    ...
});
instance.play();

动画效果：转弯更加的自然
自然弯道.gif
实现了圆润的折线路径动画后，貌似看起来已经完工了。其实再仔细观察下，可以发现，在转弯的时候，模型没有同步转向，那么我们需要如何处理呢。

模型与路径动画同步旋转

在折线动画中，将模型绕对应的旋转旋转方向即可

const points = [A, B, C, D];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 闭环路径 获取平滑路径, 让转弯更自然
...
// 旋转向量
const rotate = new mono.Vec3();
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    onUpdate: (val) => {
      // 位置
      ...
      // 模型同步旋转
      const tangent = path.getTangentAt(val);
      var normal = new mono.Vec3(0, 0, -1);
      rotate.rotationTowards(normal, tangent);
      entity.setRotation(rotate);
    }
});
instance.play();

动画效果：可以看到小车上的摄像头是一直朝向设备

同步.gif
那么，直线路径动画和折线路径动画介绍完了。从上面动画截图中可以看出，我们是在一个固定的位置查看动画，那么，能让镜头沿着路径一起移动么

镜头沿路径动画一起移动

显然，镜头是可以沿着路径同时移动的。通常用于巡航(自动巡检)中.主要是在折线动画的基础上，同步设置镜头动画的位置和朝向点。

const points = [....];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 闭环路径 获取平滑路径, 让转弯更自然
...
// 镜头初始位置
  const pos = camera.p(),
    target = camera.t();
  const length = pos.clone().sub(target).length();
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    onUpdate: (val) => {
      // 模型
      ...
      // 镜头沿路径动画
      const tangent = path.getTangentAt(value);
      point = path.getPointAt(value);
      ntarget = point.clone().add(tangent.multiplyScalar(length));
      camera.p(point);
      camera.lookAt(ntarget);
    }
});
instance.play();

动画效果：

既然能让镜头沿着路径同步移动，那么是否能让镜头与路径保持平行移动呢

镜头与路径保持平行一起移动

保持平行移动，其实是在点位的基础上，将镜头位置设置到对应距离点位置。以下是基于动画链完成的某流水线作业动画，需要路径动画同时，镜头同步移动。对动画链有兴趣的可参考前文《基于路径集合的三维动画链》

const points = [....];
// 创建路径
let path = new mono.Path();
points.forEach(...);
// 闭环路径 获取平滑路径, 让转弯更自然
...
// 镜头相对于目标动画模型的距离
const dis = 550
// 动画
const instance = new mono.Animate({
    onUpdate: (val) => {
      // 模型
      ...
      // 镜头平行X轴动画
      point = path.getPointAt(value);
      camera.setPosition(point.clone().add(new mono.Vec3(0, dis, dis)));
      camera.lookAt(point);
    }
});
instance.play();

动画效果：

案例说明

上面举例说明动画的示意图，来自两个案例，一个是地铁站三维可视化，可以认为是一个轨道交通方面的；另外一个是实验室车间流水线可视化，主要用于流水线，设备监控等三维可视化呈现。

结语

至此，路径动画已经介绍的差不多了。利用常用的动画能够让整个三维场景更丰满，写实。希望在项目中可以多多利用起来。

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三维场景中常用的路径动画