基于 HTML5 WebGL 的水泥工厂可视化系统

前言

如今的制造行业，基于数据进行生产策略制定与管理已经成为一种趋势，特别是 工业4.0 的浪潮下，数据战略已经成为很多制造企业的优先战略，而数据可视化以更直观的方式，帮助指导决策，成为数据分析传递信息的重要工具。通过数据可视化系统助力实现数据驱动的工业世界，为 工业4.0 提供更加灵活、敏捷、高效、个性化的数据支撑。今天就给大家带来一个采用 Hightopo 的 HT for Web 产品实现了一个水泥工厂可视化系统。

系统预览

本案例共有七个子系统：

数据概况 -- 展示全厂年月时间单位的各项数据概况
窑系统运行 -- 用窑工艺流程动画展示窑系统实时运行状态
系统运行情况 -- 用动画流程图展示整个系统运行情况
生料质量控制 -- 用图表和流程图展示各种生料的配比情况
熟料质量控制 -- 用动画流程图展示各种熟料的配比情况
煤粉质量控制 -- 用图表和流程图对煤粉质量进行监控
智能物流 -- 通过 3D 场景实时监控进出厂车辆，和各项原料运输情

子系统页面切换

切换不同子系统时，左侧菜单和顶部标题是不需要切换的，所以我们把需要切换的内容部分别放在不同的 Block 中，Block 类型，本身不绘制任何内容，用于作为其它节点的父节点，可以与子节点同步大小，当它隐藏或显示时，所有子节点都会跟着隐藏或显示。所以当我们切换子系统时只需要控制对应的 Block 显示隐藏，而不需要去加载切换多张图纸。

流向地图

在数据概况页面中，流向地图展示年度水泥向各地区的销售情况，这里我们用 Shape 类型绘制线段来连接源地和汇地，用流动效果表示销售关系。流动效果只需引入 HT 的 ht-flow.js 插件，即可通过简单的属性设置实现，代码如下：

// 获取线段的父节点
this.flowParent = dm.getDataByTag('saleFlowParent');
// 遍历得到所有线段
this.flowParent.eachChild(child => {
    // 开启流动，设置流动样式
    child.s({
        // 开启流动
        'flow': true,
        // 设置流动组中最大元素的尺寸
        'flow.element.max': 4,
        // 设置流动组中的元素的渐变阴影中心颜色
        'flow.element.shadow.begincolor': '#49e5fe',
        // 设置流动组中的最大元素的渐变阴影尺寸
        'flow.element.shadow.max': 16,
        // 设置流动组中的元素的渐变阴影边缘颜色
        'flow.element.shadow.endcolor': 'rgba(73, 229, 254, 0)',
    });
});

窑系统动画

在窑系统运行页面中，窑工艺流程动画很直观的展示了窑系统实时运行状态。画面中火焰、水和熟料在传送带上运输的动画效果，为了在性能较差的设备上也能流畅运行，我通过切换不同矢量图形的方式实现。这里用到了 HT 矢量中状态机制，先绘制多个不同的矢量组件，每个组件都可以定义状态来决定自己在哪个状态下显示，只要通过 data.s('state') 修改节点状态就可以实现如下效果：

使用一个定时器，不断地改变节点的状态值，相关代码如下：

this._stateTimer = setInterval(() => {
    stateNodes.forEach(node => {
        this.stateAnimation(node);
    });
}, 180);
//切换状态
stateAnimation(node) {
    let stateIndex = (node.a('stateIndex') || 0) % stateEnum.length,
        state = stateEnum[stateIndex].value;
    node.s('state', state);
    node.a('stateIndex', ++stateIndex);
}

流程图动画

流程图中流动线同样是使用 ht-flow.js 插件实现。由于图纸上的线段比较多，我把不同的线段分组放在不同的 Block 下,遍历其子节点设置样式，代码如下：

  //设置流动属性
  setNodeFlow (data, value) {
    if (data instanceof ht.Block) {
        data.eachChild(child => {
            this.setNodeFlow(child, value);
        });
    }
    else if (data.getDisplayName() === 'line'){
        data.s({
            'flow': value,
            'flow.element.max': 4,
            'flow.element.count': 1,
            'flow.count': 5,
            'flow.step': 10
        });
    }
}
//设置虚线流动属性
setNodeDashFlow(data, value) {
    if (data instanceof ht.Block) {
        data.eachChild(child => {
            this.setNodeDashFlow(child, value);
        });
    }
    else if (data.getDisplayName() === 'border'){
        if (value) {
            data.s({
                'shape.dash.flow': true,
                'shape.dash': true
            });
        }
        else {
            data.s({
                'shape.dash.flow': false,
                'shape.dash': false
            });
        }
    }
}

为了使动画看起来更顺畅，我给一些节点加上透明度动画，设置节点透明度的代码如下：

//设置节点透明度
setNodeOpacity (data, value = 0.5) {
    if (data instanceof ht.Block) {
        data.eachChild(child => {
            this.setNodeOpacity(child, value);
        });
    }
    else {
        data.s('opacity', value);
    }
}

接下来只需要依次执行动画：

//开始流程图动画
start() {
    let {eo, eoInput, eoLine1, eoKind, eoCalu} = this;
    //工况输入透明度动画
    this.gv.enableFlow(30);
    this.setNodeOpacity(eo);
    this.setNodeFlow(eo, false);
    (new Promise((resolve, reject) => {
        this.animtion = startAnim({
            frames: 16,
            interval: 5,
            finishFunc: () => {resolve()},
            action: (v, t) => {
                this.setNodeOpacity(eoInput, 0.5 + 0.5 * v);
            }
        });
    })).then(() => {
        //连线连线透明动画，流动
        return new Promise((resolve, reject) => {
            this.animtion = startAnim({
                frames: 12,
                interval: 10,
                finishFunc: () => {
                    this.setNodeFlow(eoLine1, true);
                    this.timer = setTimeout(() => {resolve()}, 1500);
                },
                action: (v, t) => {
                    this.setNodeOpacity(eoLine1, 0.5 + 0.5 * v);
                }
            });
        })
    }).then(() => {
        //软计算透明动画
        return new Promise(resolve => {
            this.animtion = startAnim({
                frames: 16,
                interval: 5,
                finishFunc: () => {resolve()},
                action: (v, t) => {
                    this.setNodeOpacity(eoKind, 0.5 + 0.5 * v);
                    this.setNodeOpacity(eoCalu, 0.5 + 0.5 * v);
                }
            });
        });
    }).then(() => {
        //软计算透明虚线流动
        return new Promise(resolve => {
            this.setNodeDashFlow(eoKind, true);
            this.setNodeDashFlow(eoCalu, true);
            this.timer = setTimeout(() => {
                this.setNodeDashFlow(eoKind, false);
                this.setNodeDashFlow(eoCalu, false);
                resolve();
            }, 3000);
        });
    }).then(() => {
        ......
    })
}

智能物流

前面六个子系统均为 2D 界面，而智能物流页面则是嵌入了一个 3D 场景。实现方式是通过定义 HT 矢量 JSON 的 renderHTML 函数属性，可实现在 GraphView 拓扑图上，嵌入任意第三方 HTML DOM 元素。不过这里也要注意一点，HT 的图纸是 Canvas 实现的，renderHTML 的 DOM 元素一定在 Canvas 之上，使用 renderHTML 的 DOM 与常规 Canvas 上绘制的图元不可能有层级控制可能性。下面展示一下 renderHTML 函数属性里的代码：

renderHTML : function (data, gv, cache) {
    // 避免重复创建g3d
    if (!cache.g3d) {
        // 创建 3D 视图组件
        var g3d = cache.g3d = new ht.graph3d.Graph3dView();
        // 布局函数，根据图元的位置信息摆放HTML元素
        g3d.layoutHTML = function () {
            gv.layoutHTML(data, g3d, true);
        };
        // 阻止事件冒泡
        g3d.getView().addEventListener('mousedown', function (event) {
            event.stopPropagation();
        });
        g3d.getView().addEventListener('touchstart', function (event) {
            event.stopPropagation();
        });
    }
    // 获取图元自定义属性sceneURL的值
    var sceneURL = data.a('sceneURL');
    // 获取图元自定义属性onPostDeserialize的值
    var onPostDeserialize = data.a('onPostDeserialize');
    // 当图元自定义属性sceneURL改变时，清除旧dataModel，反序列化新的sceneURL
    if (cache.g3d.sceneURL !== sceneURL) {
        cache.g3d.dm().clear();
        cache.g3d.sceneURL = sceneURL;
        if (sceneURL) {
            cache.g3d.deserialize(sceneURL, function (json, dm, g3d, datas) {
                // 在反序列化后的回调函数中，执行onPostDeserialize函数
                onPostDeserialize && onPostDeserialize(json, dm, g3d, datas);
            });
        }
    }
    return cache.g3d;
}

3D场景嵌入后，接下来实现水泥厂内的车辆动画。根据后台传来车辆进入工厂的数据，我们创建运载不同原料的车辆模型，让它们沿着不同的路径抵达对应的厂房。同样是用 Shape 类型事先绘制好路径，根据 Shape 的 Points 和 Segments 信息，实现车辆沿着路径行驶动画。相关代码如下：

 carAnimation(car, path, duration) {
        // 车辆行驶动画
        ht.Default.startAnim({
            duration: duration,
            easing: Easing.easeNone,
            action: function (v, t) {
                // 设置偏移量
                let offset = Math.floor(v * 100);
                // 根据偏移量得到在路径上的点坐标
                let position = ht.Default.getPercentPositionOnPoints(path.getPoints(), path.getSegments(), offset);
                // 根据偏移量得到在路径上的点于路径切线角度
                let angle = ht.Default.getPercentAngle(path.getPoints(), path.getSegments(), offset);
                // 设置车辆位置坐标及旋转角度
                car.setX(position.x);
                car.setY(position.y);
                car.setRotationY(Math.PI / 2 - angle);
            },
        });
    }

总结

工业互联网是工业发展的必经之路，我们国家是一个工业大国，正处在工业转型升级的关键时刻，面临着人工成本上升、原材料价格波动、贸易竞争日益加剧等问题，迫切需要提高效率、降低生产成本。只有坚定不移地推动工业互联网落地，加快更多企业的数字化转型和智能化改造，才有能让在全球化竞争中立于不败之地。可视化作为智能化数字化的最后一环，让复杂抽象的数据变得真正可知可感，帮助决策者发现规律，洞悉未来，为企业提速增效。

还有更多的可视化案例可以参考：https://www.hightopo.com/demos/index.html

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