Scratch中究竟如何实现3D - scratch吧

level 11

G-Yang 楼主

吧友们好，好久不见。由于我个人原因，近半年不甚活跃。虽然我没时间发帖，但是我还是持续关注Scratch吧的动向的。
近日看到吧中对于Scratch中实现3D的方式有很多人在做研究，对此我发表一下我在研究3D时的一些成果，以供大家拓展思路。
我将这篇文章发表在了我们的工作室博客上，点击链接前往：
https://me.ble.ac.cn/index.php/archives/29/
祝大家研究有成，大家再不知道什么时候发的下个帖子见。
有问题可以回复本贴，如果我觉得有必要回答我会作答的。
PS：初十之前我一直在。

2018年02月19日 14点02分 1

level 11

G-Yang 楼主

复制版（推荐大家还是看博客去）：
近日看到吧中对于Scratch中实现3D的方式有很多人在做研究，对此我发表一下我在研究3D时的一些成果，以供大家拓展思路。
基本思路
首先必须明确，3D这种东西不论那个平台的实现（已有的3D引擎不算，我指自己编写一个新的3D引擎）都是需要一定的数学基础的。如果你没有过多的去研究数学的话，我建议初二（含初二）以下的吧友不要闯3D领域，你会觉得无从下手。对于3D的研究最适合高中的吧友们，这时候不仅可以增长编程水平，而且对你的高中数学的学习也有极大的帮助。
对于3D的实现，最重要的是思路，公式及图像的形成原理大家都懂，我就不普及这种基础知识了。实现的思路有很多，这篇文章我会给你们提供我实现3D时使用的思路，并不会教你们那里怎么做哪里怎么做（这样我不如直接放源码出来），只是给你们一个可行的探索方向。
接着我们来看下一个3D实现的基础思路，我的这个思路很像计算机成像的思路。
用户脚本-->运算-->成像
是不是很类似于计算机成像？
二进制欲显示图像-->GPU处理-->显示器发光
没错，就是这样的。也就是这是我们3D成像主攻的3大块:用户脚本、运算、成像。我看过我们吧友的一些3D实现方法，他们都犯了一个大错：将这3大块揉和在了一起。这是大错特错的，这三大块应该是可以分别从你的脚本中独立出来的（也就是3个角色）。这样有利于对脚本的维护，学过高级语言的吧友们就知道了，这样“块”状的脚本是特别利于开发的。
对于这3大块的开发顺序应该是先开发运算、再成像、最后用户脚本。为何这么说，拿计算机成像来看，目前的显示器只支持GPU输出的图像，所以你得先研发GPU，然后GPU研发完了显示器就顺理成章了，接着在于CPU配对接受二进制，不然的话先给你二进制显示不出来有何意义？对于3D实现同理。如果你直接开发成像你会发现你在不知不觉中也开发了运算，然而这样开发出来的运算是和成像揉在一起的，违反了我们的开发原则。
第一阶段
我们开发的第一阶段运算是最难啃的，这个阶段的开发犹如混水摸鱼。你并不知道你的运算结果是什么，你看不到图像，只知道运算而得到的数字。这要求对各类函数的确切掌握。那我们如何快速进阶呢？这个就很像矢量图了，大家可以在此处参考矢量图的实现。那我们要得到些什么数字？首先对于3D我们肯定得抛弃Scratch原有的二维坐标系统（xy），要自行再开发一个三位坐标系统（xyz），这个系统里要有长度单位、以及三维基本的三个轴。你3D里的每一个实体，都需要一个确切的坐标以及长宽高。这是第一步。第二步，你要确定一个视界与被观察实体的相对位置及相对距离，注意实体的坐标是固定的，但是视界不是固定的，所以我们需要一个实时相对位置与相对距离算法，通过这个算法得知一些数据（至于是什么数据，就看你数学学怎么样了）以测算角度来成像。
例如p1（作图抽象，请自行想象）里的正方体是实体，长方体是你的可视范围，那么红线延长出去的就是视界。接下来就要介入成像了。

P1
第二阶段
在成像方面，我比较推崇位图式与矢量式结合的思路。矢量式描绘实体边框，位图式给一个面填色。矢量方面并不难，你只要运算出了关键数据，一根线（刚开始不要介入曲线）的长度、大小、位置、角度自然都是可以通过公式测算的出来的。假设p2（作图抽象，请自行想象）是我们看到的图像，那么我们需要确定图上几个关键性的红点把他们连起来，如何确定这些红点可以参考红线（我称之基准线），确定这些在成像时没有基准线就是运算要做的，这些基准线必须从视界的一个角出发其终点就是我们要的关键点。成像难在位图式（建议大家不要马上研究位图式这一块），你需要研究在Scratch里实现MS-Paint里油漆桶的方式，研究出了这个，也就没什么难的了。但是实现个看似简单的油漆桶并不简单。

P2
第三阶段
啃完了两块大难关，接着用户脚本的研究自然就特别简单了。我们只要自定义函数后提交到运算创建实体，然后给成像模块提供运算结果成像就完成了。
后言
3D的实现方法听起来是简单的，但这也经过了我1年的探索而得。我也在Scratch官网发布了我最终的成果：一个完整的3D引擎。当时收到全社区的推崇并登上了首页，我并不打算给你们作品链接，因为中国人（我刚开始编程也是这样的）特别喜欢复制粘贴，然而这并不利于编程的学习，我并不想害了你们。我研究3D的时候连思路都没人给我。
接下来祝大家研究有成，大家再不知道什么时候发的下篇文章见。

2018年02月19日 14点02分 2