（二三）ArkTS 3D 开发初探

3D 开发背景与意义

在数字化浪潮中，3D 技术正以前所未有的速度入住到各个领域。从娱乐产业的沉浸式游戏、影视特效，到教育领域的虚拟实验、场景模拟，再到建筑设计的可视化预览、工业制造的产品展示等，3D 开发的应用无处不在。其意义在于能够打破传统二维平面的限制，为用户创造出更加逼真、直观且沉浸式的体验。通过构建立体的虚拟世界，3D 开发使得信息的传达更加生动形象，极大地提升了用户的参与感和交互性，让复杂的概念和信息能够更轻松地被理解和接受。

3D 在应用中的优势

增强视觉吸引力

3D 内容能够以丰富的细节、逼真的光影效果和立体的空间感，瞬间抓住用户的眼球。在游戏应用中，栩栩如生的 3D 角色和绚丽的场景能为玩家带来身临其境的体验，极大地提升游戏的趣味性和吸引力。例如，在一款开放世界的 3D 游戏中，玩家可以在逼真的山川河流、茂密森林间穿梭，感受光影随着时间和天气变化而产生的奇妙效果，这种视觉上的震撼是二维画面难以企及的。

提升信息传达效率

对于一些复杂的信息或物体结构，3D 展示能够更加清晰、直观地呈现。在工业产品设计中，通过 3D 模型，工程师可以全方位展示产品的内部构造、工作原理，让客户或团队成员更快速准确地理解产品细节，减少沟通成本，提高工作效率。比如，一款新型发动机的 3D 模型，可以让技术人员轻松查看各个零部件的位置关系和运作方式，相比传统的二维图纸，信息传达更加高效。

ArkTS 支持 3D 开发的特性

ArkTS 作为面向鸿蒙生态的编程语言，为 3D 开发提供了有力支持。它具备简洁高效的语法，方便开发者快速上手 3D 编程。通过与鸿蒙系统的深度集成，ArkTS 能够充分利用系统底层的图形处理能力，实现高性能的 3D 渲染。同时，ArkTS 拥有丰富的类库和 API，涵盖模型加载、场景构建、动画控制等多个方面，为开发者提供了一站式的 3D 开发解决方案。例如，其提供的图形渲染 API 能够灵活地控制光照、材质等渲染参数，从而打造出逼真的 3D 视觉效果。

3D 模型引入与展示

模型格式选择与导入

在 ArkTS 3D 开发中，首先需要选择合适的 3D 模型格式。常见的格式有 FBX、OBJ 等。FBX 格式支持丰富的动画和材质信息，适用于包含复杂动画的模型；OBJ 格式则相对简单，主要用于存储模型的几何形状，适合一些对动画要求不高的场景。在导入模型时，可利用 ArkTS 提供的相关库或 API。例如，通过特定的模型加载器，将本地或网络上的模型文件导入到项目中。假设我们有一个名为 “model.fbx” 的模型文件，代码实现可能如下：

​​import { ModelLoader } from '@ohos.3dModelLoader';​​

​​async function loadModel() {​​

​​try {​​

​​const model = await ModelLoader.load('path/to/model.fbx');​​

​​// 模型加载成功，可进行后续操作​​

​​} catch (error) {​​

​​console.error('Error loading model:', error);​​

​​}​​

模型的渲染与显示

模型导入后，需要进行渲染和显示。ArkTS 通过渲染引擎来处理模型的渲染过程。首先，创建一个渲染场景，设置场景的背景、光照等参数。然后，将导入的模型添加到场景中，并设置模型的位置、旋转和缩放等变换属性。例如：

​​import { Scene, Renderer, Light } from '@ohos.3dRenderer';​​

​​async function displayModel() {​​

​​const scene = new Scene();​​

​​const renderer = new Renderer();​​

​​renderer.setScene(scene);​​

​​// 设置光照​​

​​const light = new Light();​​

​​light.type = 'directional';​​

​​light.intensity = 1.0;​​

​​scene.addLight(light);​​

​​const model = await ModelLoader.load('path/to/model.fbx');​​

​​model.position.set(0, 0, 0);​​

​​scene.addModel(model);​​

​​renderer.render();​​

​​}​​

通过上述步骤，即可在应用中实现 3D 模型的渲染与显示。

3D 场景交互

视角控制与漫游

为了让用户能够自由探索 3D 场景，需要实现视角控制与漫游功能。在 ArkTS 中，可以通过监听用户的触摸、鼠标等输入事件来控制视角。例如，通过触摸屏幕的滑动操作来实现视角的旋转，通过双指缩放操作来调整视角的远近。代码实现如下：

​​import { Camera } from '@ohos.3dRenderer';​​

​​const camera = new Camera();​​

​​camera.position.set(0, 10, 20); // 设置相机初始位置​​

​​function onTouchMove(event) {​​

​​const dx = event.deltaX;​​

​​const dy = event.deltaY;​​

​​// 根据触摸滑动距离计算视角旋转角度​​

​​camera.rotate(dx, dy);​​

​​}​​

​​function onTouchPinch(event) {​​

​​const scaleFactor = event.scale;​​

​​// 根据双指缩放比例调整相机位置​​

​​camera.moveForward((scaleFactor - 1) * 2);​​

​​}​​

3D 对象的点击与操作

实现 3D 对象的点击与操作，能够增强用户与场景的交互性。ArkTS 通过射线检测等技术来判断用户是否点击了 3D 对象。当检测到点击事件时，获取点击位置的射线，与场景中的模型进行碰撞检测。如果射线与模型相交，则说明用户点击了该模型，进而可以执行相应的操作，如选中模型、改变模型颜色等。示例代码如下：

​​import { Raycaster, Vector3 } from '@ohos.3dRenderer';​​

​​function onClick(event) {​​

​​const raycaster = new Raycaster();​​

​​const mousePosition = new Vector3(event.x, event.y, 0);​​

​​raycaster.setFromCamera(mousePosition, camera);​​

​​const intersects = raycaster.intersectObjects(scene.models);​​

​​if (intersects.length > 0) {​​

​​const clickedModel = intersects[0].object;​​

​​// 对点击的模型进行操作，如改变颜色​​

​​clickedModel.material.color.set(1, 0, 0); // 设置为红色​​

​​}​​

​​}​​

3D 动画实现

模型的动画效果制作

制作 3D 模型的动画效果是丰富 3D 场景的重要手段。在 ArkTS 中，可以通过关键帧动画技术来实现。首先，确定模型在不同时间点的关键姿态，如位置、旋转、缩放等。然后，在这些关键帧之间进行插值计算，生成平滑的动画过渡。例如，为一个角色模型制作行走动画，需要设置角色在不同帧的腿部、手臂等部位的关键姿态，然后通过动画系统自动生成中间帧的姿态，实现流畅的行走动画。代码实现上，通过定义关键帧数组，并使用动画控制器来播放动画。示例如下：

​​import { AnimationClip, AnimationController } from '@ohos.3dAnimation';​​

​​// 定义关键帧数组​​

​​const keyframes = [​​

​​{ time: 0, position: new Vector3(0, 0, 0), rotation: new Vector3(0, 0, 0) },​​

​​{ time: 1, position: new Vector3(1, 0, 0), rotation: new Vector3(0, 0, 0) },​​

​​// 更多关键帧...​​

​​];​​

​​const animationClip = new AnimationClip('walkAnimation', keyframes);​​

​​const animationController = new AnimationController(model);​​

​​animationController.addClip(animationClip);​​

动画的控制与播放

动画制作完成后，需要对其进行控制与播放。ArkTS 提供了动画控制器来管理动画的播放、暂停、停止、倒放等操作。例如，通过调用动画控制器的play方法来播放动画，pause方法来暂停动画。还可以设置动画的播放速度、循环次数等参数。示例代码如下：

​​// 播放动画​​

​​animationController.play('walkAnimation');​​

​​// 设置播放速度为2倍​​

​​animationController.setPlaybackRate('walkAnimation', 2);​​

​​// 暂停动画​​

​​animationController.pause('walkAnimation');​​

通过以上对 3D 模型引入、场景交互和动画实现等方面的探索，开发者能够利用 ArkTS 逐步构建出功能丰富、交互性强的 3D 应用，为用户带来独特的沉浸式体验。