前言

偶然接触到CSS的3D属性, 就萌生了一种做3D游戏的想法.

了解过css3D属性的同学应该都了解过perspective、perspective-origin、transform-style: preserve-3d这个三个属性值, 它们构成了CSS的3d世界.

同时, 还有transform属性来对3D的节点进行平移、缩放、旋转以及拉伸.

属性值很简单, 在我们平时的web开发中也很少用到.

那用这些CSS3D属性可以做3D游戏吗?

当然是可以的.

即使只有沙盒, 也有我的世界这种神作.

今天我就来带大家玩一个从未有过的全新3D体验.

废话不多说, 我们先来看下效果:

这里是试玩地址pc端畅玩^[1]

我们要完成这个迷宫大作战,需要完成以下步骤:

1. 创建一个3D世界

2. 写一个3D相机的功能

3. 创建一座3D迷宫

4. 创建一个可以自由运动的玩家

5. 在迷宫中找出一条最短路径提示

我们先来看下一些前置知识.

做一款CSS3D游戏需要的知识和概念

CSS3D坐标系

在css3D中, 首先要明确一个概念, 3D坐标系.
使用左手坐标系, 伸出我们的左手, 大拇指和食指成L状, 其他手指与食指垂直, 如图:

大拇指为X轴, 食指为Y轴, 其他手指为Z轴.
这个就是CSS3D中的坐标系.

透视属性

perspective为css中的透视属性.

这个属性是什么意思呢, 可以把我们的眼睛看作观察点, 眼睛到目标物体的距离就是视距, 也就是这里说的透视属性.

大家都知道, 「透视」+「2D」= 「3D」.

perspective: 1200px;
-webkit-perspective:  1200px;
复制代码

3D相机

在3D游戏开发中, 会有相机的概念, 即是人眼所见皆是相机所见.
在游戏中场景的移动, 大部分都是移动相机.
例如赛车游戏中, 相机就是跟随车子移动, 所以我们才能看到一路的风景.
在这里, 我们会使用CSS去实现一个伪3d相机.

变换属性

在CSS3D中我们对3D盒子做平移、旋转、拉伸、缩放使用transform属性.

• translateX 平移X轴

• translateY 平移Y轴

• translateZ 平移Z轴

• rotateX 旋转X轴

• rotateY 旋转Y轴

• rotateZ 旋转Z轴

• rotate3d(x,y,z,deg) 旋转X、Y、Z轴多少度

注意:
这里「先平移再旋转」和「先旋转再平移」是不一样的
旋转的角度都是角度值.

这里还有不清楚的同学可以参阅羽飞的这篇[juejin.cn/post/699769…^[2]] 附带有demo

矩阵变换

我们完成游戏的过程中会用到矩阵变换.
在js中, 获取某个节点的transform属性, 会得到一个矩阵, 这里我打印一下, 他就是长这个样子:

var _ground = document.getElementsByClassName("ground")[0];
var bg_style = document.defaultView.getComputedStyle(_ground, null).transform;
console.log("矩阵变换---->>>",bg_style)
复制代码

那么我们如何使用矩阵去操作transform呢?

在线性变换中, 我们都会去使用矩阵的相乘.
CSS3D中使用4*4的矩阵进行3D变换.
下面的矩阵我均用二维数组表示.
例如matrix3d(1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1)可以用二维数组表示:

[[1, 0, 0, 0],[0, 1, 0, 0],[0, 0, 1, 0],[0, 0, 0, 1]
]
复制代码

平移即使使用原来状态的矩阵和以下矩阵相乘, dx, dy, dz分别是移动的方向x, y, z.

[[1, 0, 0, dx],[0, 1, 0, dy],[0, 0, 1, dz],[0, 0, 0, 1]
]
复制代码

绕X轴旋转????, 即是与以下矩阵相乘.

[[1, 0, 0, 0],[0, cos????, sin????, 0],[0, -sin????, cos????, 0],[0, 0, 0, 1]
]
复制代码

绕Y轴旋转????, 即是与以下矩阵相乘.

[[cos????, 0, -sin????, 0],[0, 1, 0, 0],[sin????, 0, cos????, 0],[0, 0, 0, 1]
]
复制代码

绕Z轴旋转????, 即是与以下矩阵相乘.

[[cos????, sin????, 0, 0],[-sin????, cos????, 0, 0],[0, 0, 1, 0],[0, 0, 0, 1]
]
复制代码

具体的矩阵的其他知识这里讲了, 大家有兴趣可以自行下去学习.
我们这里只需要很简单的旋转应用.

开始创建一个3D世界

我们先来创建UI界面.

• 相机div

• 地平线div

• 棋盘div

• 玩家div(这里是一个正方体)

注意
正方体先旋转在平移, 这种方法应该是最简单的.
一个平面绕X轴、Y轴旋转180度、±90度, 都只需要平移Z轴.
这里大家试过就明白了.

我们先来看下html部分:

    <div class="camera"><!-- 地面 --><div class="ground"><div class="box"><div class="box-con"><div class="wall">z</div><div class="wall">z</div><div class="wall">y</div><div class="wall">y</div><div class="wall">x</div><div class="wall">x</div><div class="linex"></div><div class="liney"></div><div class="linez"></div></div><!-- 棋盘 --><div class="pan"></div></div></div></div>
复制代码

很简单的布局, 其中linex、liney、linez是我画的坐标轴辅助线.
红线为X轴, 绿线为Y轴, 蓝线为Z轴. 接着我们来看下正方体的主要CSS代码.

....box-con{width: 50px;height: 50px;transform-style: preserve-3d;transform-origin: 50% 50%;transform: translateZ(25px) ;transition: all 2s cubic-bezier(0.075, 0.82, 0.165, 1);}.wall{width: 100%;height: 100%;border: 1px solid #fdd894;background-color: #fb7922;}.wall:nth-child(1) {transform: translateZ(25px);}.wall:nth-child(2) {transform: rotateX(180deg) translateZ(25px);}.wall:nth-child(3) {transform: rotateX(90deg) translateZ(25px);}.wall:nth-child(4) {transform: rotateX(-90deg) translateZ(25px);}.wall:nth-child(5) {transform: rotateY(90deg) translateZ(25px);}.wall:nth-child(6) {transform: rotateY(-90deg) translateZ(25px);}
复制代码

粘贴一大堆CSS代码显得很蠢.
其他CSS这里就不粘贴了, 有兴趣的同学可以直接下载源码查看. 界面搭建完成如图所示:

接下来就是重头戏了, 我们去写js代码来继续完成我们的游戏.

完成一个3D相机功能

相机在3D开发中必不可少, 使用相机功能不仅能查看3D世界模型, 同时也能实现很多实时的炫酷功能.

一个3d相机需要哪些功能?

最简单的, 上下左右能够360度无死角观察地图.同时需要拉近拉远视距.

通过鼠标交互

鼠标左右移动可以旋转查看地图; 鼠标上下移动可以观察上下地图; 鼠标滚轮可以拉近拉远视距.

✅ 1. 监听鼠标事件

首先, 我们需要通过监听鼠标事件来记录鼠标位置, 从而判断相机上下左右查看.

    /** 鼠标上次位置 */var lastX = 0, lastY = 0;/** 控制一次滑动 */var isDown = false;/** 监听鼠标按下 */document.addEventListener("mousedown", (e) => {lastX = e.clientX;lastY = e.clientY;isDown = true;});/** 监听鼠标移动 */document.addEventListener("mousemove", (e) => {if (!isDown) return;let _offsetX = e.clientX - lastX;let _offsetY = e.clientY - lastY;lastX = e.clientX;lastY = e.clientY;//判断方向var dirH = 1, dirV = 1;if (_offsetX < 0) {dirH = -1;}if (_offsetY > 0) {dirV = -1;}});document.addEventListener("mouseup", (e) => {isDown = false;});
复制代码

✅ 2. 判断相机上下左右

使用perspective-origin来设置相机的上下视线.
使用transform来旋转Z轴查看左右方向上的360度.

/** 监听鼠标移动 */document.addEventListener("mousemove", (e) => {if (!isDown) return;let _offsetX = e.clientX - lastX;let _offsetY = e.clientY - lastY;lastX = e.clientX;lastY = e.clientY;var bg_style = document.defaultView.getComputedStyle(_ground, null).transform;var camera_style = document.defaultView.getComputedStyle(_camera, null).perspectiveOrigin;var matrix4 = new Matrix4();var _cy = +camera_style.split(' ')[1].split('px')[0];var str = bg_style.split("matrix3d(")[1].split(")")[0].split(",");var oldMartrix4 = str.map((item) => +item);var dirH = 1, dirV = 1;if (_offsetX < 0) {dirH = -1;}if (_offsetY > 0) {dirV = -1;}//每次移动旋转角度var angleZ = 2 * dirH;var newMartri4 = matrix4.set(Math.cos(angleZ * Math.PI / 180), -Math.sin(angleZ * Math.PI / 180), 0, 0, Math.sin(angleZ * Math.PI / 180), Math.cos(angleZ * Math.PI / 180), 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1);var new_mar = null;if (Math.abs(_offsetX) > Math.abs(_offsetY)) {new_mar = matrix4.multiplyMatrices(oldMartrix4, newMartri4);} else {_camera.style.perspectiveOrigin = `500px ${_cy + 10 * dirV}px`;}new_mar && (_ground.style.transform = `matrix3d(${new_mar.join(',')})`);});
复制代码

这里使用了矩阵的方法来旋转Z轴, 矩阵类Matrix4是我临时写的一个方法类, 就俩方法, 一个设置二维数组matrix4.set, 一个矩阵相乘matrix4.multiplyMatrices.
文末的源码地址中有, 这里就不再赘述了.

✅ 3. 监听滚轮拉近拉远距离

这里就是根据perspective来设置视距.

//监听滚轮
document.addEventListener('mousewheel', (e) => {var per = document.defaultView.getComputedStyle(_camera, null).perspective;let newper = (+per.split("px")[0] + Math.floor(e.deltaY / 10)) + "px";_camera.style.perspective = newper
}, false);
复制代码

注意:
perspective-origin属性只有X、Y两个值, 做不到和u3D一样的相机.
我这里取巧使用了对地平线的旋转, 从而达到一样的效果.
滚轮拉近拉远视距有点别扭, 和3D引擎区别还是很大.

完成之后可以看到如下的场景, 已经可以随时观察我们的地图了.

这样子, 一个3D相机就完成, 大家有兴趣的可以自己下去写一下, 还是很有意思的.

绘制迷宫棋盘

绘制格子地图最简单了, 我这里使用一个15*15的数组.
「0」代表可以通过的路, 「1」代表障碍物.

var grid = [0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0,0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0,1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1,0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0,0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0,0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0,1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0,1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0,0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1,0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0,1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0,1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0,0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0
];
复制代码

然后我们去遍历这个数组, 得到地图.
写一个方法去创建地图格子, 同时返回格子数组和节点数组.
这里的block是在html中创建的一个预制体, 他是一个正方体.
然后通过克隆节点的方式添加进棋盘中.

/** 棋盘 */
function pan() {const con = document.getElementsByClassName("pan")[0];const block = document.getElementsByClassName("block")[0];let elArr = [];grid.forEach((item, index) => {let r = Math.floor(index / 15);let c = index % 15;const gezi = document.createElement("div");gezi.classList = "pan-item"// gezi.innerHTML = `${r},${c}`con.appendChild(gezi);var newBlock = block.cloneNode(true);//障碍物if (item == 1) {gezi.appendChild(newBlock);blockArr.push(c + "-" + r);}elArr.push(gezi);});const panArr = arrTrans(15, grid);return { elArr, panArr };
}
const panData = pan();
复制代码

可以看到, 我们的界面已经变成了这样.

接下来, 我们需要去控制玩家移动了.

控制玩家移动

通过上下左右w s a d键来控制玩家移动.
使用transform来移动和旋转玩家盒子.

✅ 监听键盘事件

通过监听键盘事件onkeydown来判断key值的上下左右.

document.onkeydown = function (e) {/** 移动物体 */move(e.key);
}
复制代码

✅ 进行位移

在位移中, 使用translate来平移, Z轴始终正对我们的相机, 所以我们只需要移动X轴和Y轴.
声明一个变量记录当前位置.
同时需要记录上次变换的transform的值, 这里我们就不继续矩阵变换了.

/** 当前位置 */
var position = { x: 0, y: 0 };
/** 记录上次变换值 */
var lastTransform = {translateX: '0px',translateY: '0px',translateZ: '25px',rotateX: '0deg',rotateY: '0deg',rotateZ: '0deg'
};
复制代码

每一个格子都可以看成是二维数组的下标构成, 每次我们移动一个格子的距离.

 switch (key) {case 'w':position.y++;lastTransform.translateY = position.y * 50 + 'px';break;case 's':position.y--;lastTransform.translateY = position.y * 50 + 'px';break;case 'a':position.x++;lastTransform.translateX = position.x * 50 + 'px';break;case 'd':position.x--;lastTransform.translateX = position.x * 50 + 'px';break;
}
//赋值样式
for (let item in lastTransform) {strTransfrom += item + '(' + lastTransform[item] + ') ';
}
target.style.transform = strTransfrom;
复制代码

到这里, 我们的玩家盒子已经可以移动了.

注意
在css3D中的平移可以看成是世界坐标.
所以我们只需要关心X、Y轴. 而不需要去移动Z轴. 即使我们进行了旋转.

✅ 在移动的过程中进行旋转

在CSS3D中, 3D旋转和其他3D引擎中不一样, 一般的诸如u3D、threejs中, 在每次旋转完成之后都会重新校对成世界坐标, 相对来说 就很好计算绕什么轴旋转多少度.

然而, 笔者也低估了CSS3D的旋转.
我以为上下左右滚动一个正方体很简单. 事实并非如此.

CSS3D的旋转涉及到四元数和万向锁.

比如我们旋转我们的玩家盒子. 如图所示:

首先, 第一个格子(0,0)向上绕X轴旋转90度, 就可以到达(1.0); 向左绕Y轴旋转90度, 可以到达(0,1); 那我们是不是就可以得到规律如下:

如图中所示, 单纯的向上下, 向左右绕轴旋转没有问题, 但是要旋转到红色的格子, 两种不同走法, 到红色的格子之后旋转就会出现两种可能. 从而导致旋转出错.

同时这个规律虽然难寻, 但是可以写出来, 最重要的是, 按照这个规律来旋转CSS3D中的盒子, 是不对的

那有人就说了, 这不说的屁话吗?

经过笔者实验, 倒是发现了一些规律. 我们继续按照这个规律往下走.

• 旋转X轴的时候, 同时看当前Z轴的度数, Z轴为90度的奇数倍, 旋转Y轴, 否则旋转X轴.

• 旋转Y轴的时候, 同时看当前Z轴的度数, Z轴为90度的奇数倍, 旋转X轴, 否则旋转Z轴.

• 旋转Z轴的时候, 继续旋转Z轴

这样子我们的旋转方向就搞定了.

if (nextRotateDir[0] == "X") {if (Math.floor(Math.abs(lastRotate.lastRotateZ) / 90) % 2 == 1) {lastTransform[`rotateY`] = (lastRotate[`lastRotateY`] + 90 * dir) + 'deg';} else {lastTransform[`rotateX`] = (lastRotate[`lastRotateX`] - 90 * dir) + 'deg';}
}
if (nextRotateDir[0] == "Y") {if (Math.floor(Math.abs(Math.abs(lastRotate.lastRotateZ)) / 90) % 2 == 1) {lastTransform[`rotateX`] = (lastRotate[`lastRotateX`] + 90 * dir) + 'deg';} else {lastTransform[`rotateZ`] = (lastRotate[`lastRotateZ`] + 90 * dir) + 'deg';}
}
if (nextRotateDir[0] == "Z") {lastTransform[`rotate${nextRotateDir[0]}`] = (lastRotate[`lastRotate${nextRotateDir[0]}`] - 90 * dir) + 'deg';
}
复制代码

然而, 这还没有完, 这种方式的旋转还有个坑, 就是我不知道该旋转90度还是-90度了.
这里并不是简单的上下左右去加减.

旋转方向对了, 旋转角度不知该如何计算了.

具体代码可以查看源码^[3].

彩蛋时间

⚠️⚠️⚠️ 同时这里会伴随着「万向锁」的出现, 即是Z轴与X轴重合了. 哈哈哈哈~
⚠️⚠️⚠️ 这里笔者还没有解决, 也希望万能的网友能够出言帮忙~
⚠️⚠️⚠️ 笔者后续解决了会更新的. 哈哈哈哈, 大坑.

好了, 这里问题不影响我们的项目. 我们继续讲如何找到最短路径并给出提示.

最短路径的计算

在迷宫中, 从一个点到另一个点的最短路径怎么计算呢? 这里笔者使用的是广度优先遍历(BFS)算法来计算最短路径.

我们来思考:

1. 二维数组中找最短路径

2. 每一格的最短路径只有上下左右相邻的四格

3. 那么只要递归寻找每一格的最短距离直至找到终点

这里我们需要使用「队列」先进先出的特点.

我们先来看一张图:

很清晰的可以得到最短路径.

注意
使用两个长度为4的数组表示上下左右相邻的格子需要相加的下标偏移量.
每次入队之前需要判断是否已经入队了.
每次出队时需要判断是否是终点.
需要记录当前入队的目标的父节点, 方便获取到最短路径.

我们来看下代码:

//春初路径
var stack = [];
/*** BFS 实现寻路* @param {*} grid * @param {*} start {x: 0,y: 0}* @param {*} end {x: 3,y: 3}*/
function getShortPath(grid, start, end, a) {let maxL_x = grid.length;let maxL_y = grid[0].length;let queue = new Queue();//最短步数let step = 0;//上左下右let dx = [1, 0, -1, 0];let dy = [0, 1, 0, -1];//加入第一个元素queue.enqueue(start);//存储一个一样的用来排查是否遍历过let mem = new Array(maxL_x);for (let n = 0; n < maxL_x; n++) {mem[n] = new Array(maxL_y);mem[n].fill(100);}while (!queue.isEmpty()) {let p = [];for (let i = queue.size(); i > 0; i--) {let preTraget = queue.dequeue();p.push(preTraget);//找到目标if (preTraget.x == end.x && preTraget.y == end.y) {stack.push(p);return step;}//遍历四个相邻格子for (let j = 0; j < 4; j++) {let nextX = preTraget.x + dx[j];let nextY = preTraget.y + dy[j];if (nextX < maxL_x && nextX >= 0 && nextY < maxL_y && nextY >= 0) {let nextTraget = { x: nextX, y: nextY };if (grid[nextX][nextY] == a && a < mem[nextX][nextY]) {queue.enqueue({ ...nextTraget, f: { x: preTraget.x, y: preTraget.y } });mem[nextX][nextY] = a;}}}}stack.push(p);step++;}
}
/* 找出一条最短路径**/
function recall(end) {let path = [];let front = { x: end.x, y: end.y };while (stack.length) {let item = stack.pop();for (let i = 0; i < item.length; i++) {if (!item[i].f) break;if (item[i].x == front.x && item[i].y == front.y) {path.push({ x: item[i].x, y: item[i].y });front.x = item[i].f.x;front.y = item[i].f.y;break;}}}return path;
}复制代码

这样子我们就可以找到一条最短路径并得到最短的步数.
然后我们继续去遍历我们的原数组(即棋盘原数组).
点击提示点亮路径.

var step = getShortPath(panArr, { x: 0, y: 0 }, { x: 14, y: 14 }, 0);
console.log("最短距离----", step);
_perstep.innerHTML = `请在<span>${step}</span>步内走到终点`;
var path = recall({ x: 14, y: 14 });
console.log("路径---", path);
/** 提示 */
var tipCount = 0;
_tip.addEventListener("click", () => {console.log("9999", tipCount)elArr.forEach((item, index) => {let r = Math.floor(index / 15);let c = index % 15;path.forEach((_item, i) => {if (_item.x == r && _item.y == c) {// console.log("ooo",_item)if (tipCount % 2 == 0)item.classList = "pan-item pan-path";elseitem.classList = "pan-item";}})});tipCount++;
});
复制代码

这样子, 我们可以得到如图的提示:

大功告成. 嘿嘿, 是不是很惊艳的感觉~

尾声

当然, 我这里的这个小游戏还有可以完善的地方 比如:

• 可以增加道具, 拾取可以减少已走步数

• 可以增加配置关卡

• 还可以增加跳跃功能

• ...

原来如此, CSS3D能做的事还有很多, 怎么用全看自己的想象力有多丰富了.

哈哈哈, 真想用CSS3D写一个「我的世界」玩玩, 性能问题恐怕会有点大.

本文例子均在PC端体验较好.

试玩地址^[4]

源码地址^[5]

欢迎大家拍砖指正, 笔者功力尚浅, 如有不当之处请斧正!

文章粗浅, 望诸位不吝您的评论和点赞~

注: 本文系作者呕心沥血之作, 转载须声明

关于本文

作者：起小就些熊

https://juejin.cn/post/7000963575573381134

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