javascript模拟鸟群使用cax和threejs渲染引擎-白红宇

本文会使用前端技术来模拟2d和3d鸟群，我选用canvas元素绘制，当然也可以使用css3或者svg。

github 记得点个star

整个实现

3d的渲染我选用threejs

2d的渲染引擎我选择cax，cax是一款我非常喜欢的渲染引擎，支持小程序、小游戏以及 Web 浏览器渲染。用它既能开发小游戏也能开发图表（见），强力推荐！

2d鸟群

这些鸟并不是在漫无目的的乱飞，它们看上去都拥有了智商，形成了群体，产生了复杂的群组运动效果

这看上去复杂的行为是一种复合行为，通常会拆分为下面几种

分离（separation）

首先对象们要尽量不能与周围的对象相互碰撞，它们彼此不能离的太近，需要给自己留出一个小空间

内聚（cohesion）

也不能和周围对象们离的太远了，太远会被拉回来

排队（alignment）

它们飞行的方向也不能太乱，大体上都会往一个方向上飞，每个对象都会归到一队伍中

这三个特性分离、内聚、排队组合起来，就会得到飞车逼真的鸟群（群体）

考虑到鸟群的复杂行为，我们不必知道鸟群的整体智慧。每只鸟只需要对它范围内的其他鸟运用那三个特性，自然而然的形成群落。来看下面的代码，代码没做太多优化，将就着看：

创建鸟们，添加到场景中

var birds = Array.from({
   length:60},(v,i)=>{  var bird = new Bird()  stage.add(bird)  Object.assign(bird,{    po: new Vector(stage.width*rd(),stage.height*rd())    ,ve: new Vector(rd() * 20 - 10, rd() * 20 - 10)    ,ac: new Vector()  })   return bird})this.tick = cax.tick(()=>{  stage.update()  birds.forEach(b=>b.update(stage,birds))})复制代码

关键update方法

update(birds){ // 忽略自己 birds = birds.filter(o=>this!=o)  // separation for(let bird of birds){   // 过于接近   if(this.po.distanceTo(bird.po) < Bird.sDist){     // 减去这个转向力，实现分离     this.ac.sub(       bird.po.clone()       .sub(this.po).normalize()       .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)       .sub(this.ve)     )   }  } // cohesion let cohesion =  birds.reduce((param, b)=>{   if(this.po.distanceTo(b.po) < Bird.cDist){     param.sum.add(b.po)     param.count++   }   return param },{
   sum:new Vector(),count:0,force:new Vector()}) if(cohesion.count>0){   // 先求得平均位置，用平均位置求得期望的目标速度，把算出的转向力累积到加速度上   this.ac.add(     cohesion.sum.divideScalar(cohesion.count)     .sub(this.po).normalize()     .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)     .sub(this.ve)   ) } // alignment let alignment =  birds.reduce((param, b)=>{   if(this.po.distanceTo(b.po) < Bird.aDist){     param.sum.add(b.ve)     param.count++   }   return param },{
   sum:new Vector(),count:0,force:new Vector()}) if(alignment.count>0){  // 先求得平均速度，用平均速度求得期望的目标速度，把算出的转向力累积到加速度上   this.ac.add(     alignment.sum.divideScalar(alignment.count).normalize()     .multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)     .sub(this.ve)    ) } // 不超过最大转向力和速度 if(this.ac.length > Bird.MAX_FORCE) this.ac.normalize().multiplyScalar(Bird.MAX_FORCE) if(this.ve.length > Bird.MAX_SPEED) this.ve.normalize().multiplyScalar(Bird.MAX_SPEED)  // 让质量大的鸟慢下来 this.ve.add(this.ac.divideScalar(this.mass)) this.po.add(this.ve)   // ...  } 复制代码

就是先忽略到自己，如果搜寻了那些过于接近的鸟，则把计算出的转向力累加到加速度上。注意的是，对于过于接近的判断其实还有个附加条件，就是在视场内。上面的代码并没有加上这个条件，不过也能模拟的较好，我就没写=w=，鸟的视场通常是180度的，是否在180度内，满足的是 this.ve.dot(this.po.clone().sub(bird.po)) < 0, 对视野和其他数值进行调整，都会形成不一样的群落效果。

我们还可以叠加多层的信息生成更复杂的模拟。这里的鸟都是一类鸟，可以添加一个老鹰对象，如果小鸟和老鹰的距离超过了一定阈值小鸟就会立马逃跑。要模拟这种情况，只要再添加一种逃离的行为到整个系统中，这种行为还会导致小鸟的总转向力，速度全部上升。

3d鸟群

3d的实现和2d其实原理类似，唯一要注意的地方就是对象需要往目标方向的转向问题，这通常会使用四元数来进行处理，代码关键就是

this.rot.setFromQuaternion(      new THREE.Quaternion().setFromUnitVectors(new THREE.Vector3(0, 1, 0), new THREE.Vector3(this.ve.x, this.ve.y, this.ve.z).normalize())    )     this.rotation.copy(new THREE.Euler(this.rot.x,this.rot.y,this.rot.z))复制代码

2d鸟群

分离（separation）

内聚（cohesion）

排队（alignment）

3d鸟群

参考