3D تفعل ذلك بنفسك. الجزء الثاني: هو ثلاثي الأبعاد

• نظم الإحداثيات
• النقطة والمتجه
• المصفوفة
• القمم والفهارس
• ناقل التصور

نظم الإحداثيات

النقطة والمتجه

class Vector {
  x = 0;
  y = 0;
  z = 0;

  constructor(x, y, z) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.z = z;
  }
}

static add(v1, v2) {
    return new Vector(
        v1.x + v2.x,
        v1.y + v2.y,
        v1.z + v2.z,
    );
}

getLength() {
    return Math.sqrt(
        this.x * this.x + this.y * this.y + this.z * this.z
    );
}

normalize() {
    const length = this.getLength();
    
    this.x /= length;
    this.y /= length;
    this.z /= length;
    
    return this;
}

multiplyByScalar(s) {
    this.x *= s;
    this.y *= s;
    this.z *= s;
    
    return this;
}

المصفوفة

• إذا حاولنا ضرب الرقم A في الرقم B ، فهذا هو نفس B * A. إذا أعدنا ترتيب المعاملات ولم تتغير النتيجة تحت أي إجراء ، فإنهم يقولون أن العملية تبادلية. مثال: أ + ب = ب + أ العملية تبادلية ، أ - ب- ب - أ العملية غير تبادلية ، أ * ب = ب * أ عملية ضرب الأعداد تبادلية. لذا ، فإن عملية ضرب المصفوفة غير تبادلية ، على النقيض من ضرب الأرقام. أي أن ضرب المصفوفة M في المصفوفة N لن يساوي ضرب المصفوفة N في M.
• يمكن مضاعفة المصفوفة إذا كان عدد أعمدة المصفوفة الأولى (الموجودة على اليسار) يساوي عدد الصفوف في المصفوفة الثانية (التي على اليمين). 

• المصفوفة المربعة هي مصفوفة يكون فيها عدد الصفوف مساويًا لعدد الأعمدة ، وهنا مثال للمصفوفات المربعة:

• يسمى القطر الرئيسي للمصفوفة المربعة جميع عناصر المصفوفة التي يساوي رقم صفها رقم العمود. أمثلة على الأقطار (في هذا المثال ، يمتلئ القطر الرئيسي بتسعة): 

• مصفوفة الوحدة هي مصفوفة مربعة تكون فيها جميع عناصر القطر الرئيسي 1 وجميع العناصر الأخرى 0. أمثلة لمصفوفات الوحدة:

• لتنفيذ إجراء على ناقل (أو نقطة) ، هناك مصفوفات خاصة ، سنرى بعضها في هذه المقالة.
• لدمج التحويل (الإزاحة ، الدوران ، إلخ) ، يمكننا مضاعفة مصفوفات كل تحويل مع بعضها البعض والحصول على مصفوفة تحتوي على جميع التحولات معًا.
• في البرمجة ثلاثية الأبعاد ، سنستخدم باستمرار مصفوفات مربعة 4 × 4.
• يمكننا ضرب المصفوفة بموجه (أو نقطة) من خلال تمثيلها كعمود أو صف. ولكن بالنسبة لمتجه العمود ومتجه الصف ، تحتاج إلى استخدام مصفوفات مختلفة.

class Matrix {
  static multiply(a, b) {
    const m = [
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
    ];

    for (let i = 0; i < 4; i++) {
      for (let j = 0; j < 4; j++) {
        m[i][j] = a[i][0] * b[0][j] +
          a[i][1] * b[1][j] +
          a[i][2] * b[2][j] +
          a[i][3] * b[3][j];
      }
    }

    return m;
  }
}

class Vector {
    x = 0;
    y = 0;
    z = 0;
    w = 1;

    constructor(x, y, z, w = 1) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.z = z;
        this.w = w;
    }

static multiplyVector(m, v) {
  return new Vector(
    m[0][0] * v.x + m[0][1] * v.y + m[0][2] * v.z + m[0][3] * v.w,
    m[1][0] * v.x + m[1][1] * v.y + m[1][2] * v.z + m[1][3] * v.w,
    m[2][0] * v.x + m[2][1] * v.y + m[2][2] * v.z + m[2][3] * v.w,
    m[3][0] * v.x + m[3][1] * v.y + m[3][2] * v.z + m[3][3] * v.w,
  )
}

const translationMatrix = [
  [1, 0, 0, 10],
  [0, 1, 0, 5],
  [0, 0, 1, -1],
  [0, 0, 0, 1],
]
        
const characterPosition = new Vector(10, 10, 10)
        
const newCharacterPosition = Matrix.multiplyVector(
  translationMatrix, characterPosition
)
console.log(newCharacterPosition)

static getTranslation(dx, dy, dz) {
  return [
    [1, 0, 0, dx],
    [0, 1, 0, dy],
    [0, 0, 1, dz],
    [0, 0, 0, 1],
  ]
}

new Vector(x, y, z, 1) // 1    ,   

new Vector(x, y, z, 0)

القمم والفهارس

// Cube vertices
const vertices = [
  new Vector(-1, 1, 1), // 0 
  new Vector(-1, 1, -1), // 1 
  new Vector(1, 1, -1), // 2 
  new Vector(1, 1, 1), // 3 
  new Vector(-1, -1, 1), // 4 
  new Vector(-1, -1, -1), // 5 
  new Vector(1, -1, -1), // 6 
  new Vector(1, -1, 1), // 7 
];

// Cube edges
const edges = [
  [0, 1],
  [1, 2],
  [2, 3],
  [3, 0],

  [0, 4],
  [1, 5],
  [2, 6],
  [3, 7],

  [4, 5],
  [5, 6],
  [6, 7],
  [7, 4],
];

static getScale(sx, sy, sz) {
  return [
    [sx, 0, 0, 0],
    [0, sy, 0, 0],
    [0, 0, sz, 0],
    [0, 0, 0, 1],
  ]
}

ناقل التصور

const sceneVertices = []
for(let i = 0 ; i < vertices.length ; i++) {
  let vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getScale(100, 100, 100),
    vertices[i]
  );

  vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getTranslation(400, -300, 0),
    vertex
  );

  sceneVertices.push(vertex);
}

drawer.clearSurface()

for (let i = 0, l = edges.length ; i < l ; i++) {
  const e = edges[i]

  drawer.drawLine(
    sceneVertices[e[0]].x,
    sceneVertices[e[0]].y,
    sceneVertices[e[1]].x,
    sceneVertices[e[1]].y,
    0, 0, 255
  )
}

ctx.putImageData(imageData, 0, 0)

drawPixel(x, y, r, g, b) {
  const offset = (this.width * -y + x) * 4;

  if (x >= 0 && x < this.width && -y >= 0 && y < this.height) {
    this.surface[offset] = r;
    this.surface[offset + 1] = g;
    this.surface[offset + 2] = b;
    this.surface[offset + 3] = 255;
  }
}

class Drawer {
  surface = null;
  width = 0;
  height = 0;

  constructor(surface, width, height) {
    this.surface = surface;
    this.width = width;
    this.height = height;
  }

  drawPixel(x, y, r, g, b) {
    const offset = (this.width * -y + x) * 4;

    if (x >= 0 && x < this.width && -y >= 0 && y < this.height) {
      this.surface[offset] = r;
      this.surface[offset + 1] = g;
      this.surface[offset + 2] = b;
      this.surface[offset + 3] = 255;
    }
  }

  drawLine(x1, y1, x2, y2, r = 0, g = 0, b = 0) {
    const round = Math.trunc;
    x1 = round(x1);
    y1 = round(y1);
    x2 = round(x2);
    y2 = round(y2);

    const c1 = y2 - y1;
    const c2 = x2 - x1;

    const length = Math.max(
      Math.abs(c1),
      Math.abs(c2)
    );

    const xStep = c2 / length;
    const yStep = c1 / length;

    for (let i = 0 ; i <= length ; i++) {
      this.drawPixel(
        Math.trunc(x1 + xStep * i),
        Math.trunc(y1 + yStep * i),
        r, g, b,
      );
    }
  }

  clearSurface() {
    const surfaceSize = this.width * this.height * 4;
    for (let i = 0; i < surfaceSize; i++) {
      this.surface[i] = 0;
    }
  }
}

const drawer = new Drawer(
  imageData.data,
  imageData.width,
  imageData.height
);

static getRotationX(angle) {
  const rad = Math.PI / 180 * angle;

  return [
    [1, 0, 0, 0],
    [0, Math.cos(rad), -Math.sin(rad), 0],
    [0, Math.sin(rad), Math.cos(rad), 0],
    [0, 0, 0, 1],
  ];
}

static getRotationY(angle) {
  const rad = Math.PI / 180 * angle;

  return [
    [Math.cos(rad), 0, Math.sin(rad), 0],
    [0, 1, 0, 0],
    [-Math.sin(rad), 0, Math.cos(rad), 0],
    [0, 0, 0, 1],
  ];
}

static getRotationZ(angle) {
  const rad = Math.PI / 180 * angle;

  return [
    [Math.cos(rad), -Math.sin(rad), 0, 0],
    [Math.sin(rad), Math.cos(rad), 0, 0],
    [0, 0, 1, 0],
    [0, 0, 0, 1],
  ];
}

for(let i = 0 ; i < vertices.length ; i++) {
  let vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getRotationX(20),
    vertices[i]
  );

  vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getRotationY(20),
    vertex
  );

  vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getScale(100, 100, 100),
    vertex
  );

  vertex = Matrix.multiplyVector(
    Matrix.getTranslation(400, -300, 0),
    vertex
  );

  sceneVertices.push(vertex);
}

قم بتدوير 20 درجة حول X ، ثم 20 درجة حول Y	قم بتدوير 20 درجة حول Y ، ثم 20 درجة حول X

let matrix = Matrix.getRotationX(20);

matrix = Matrix.multiply(
  Matrix.getRotationY(20),
  matrix
);

matrix = Matrix.multiply(
  Matrix.getScale(100, 100, 100),
  matrix,
);

matrix = Matrix.multiply(
  Matrix.getTranslation(400, -300, 0),
  matrix,
);

const sceneVertices = [];
for(let i = 0 ; i < vertices.length ; i++) {
  let vertex = Matrix.multiplyVector(
    matrix,
    vertices[i]
  );

  sceneVertices.push(vertex);
}

let angle = 0
setInterval(() => {
  let matrix = Matrix.getRotationX(20)

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getRotationY(angle += 1),
    matrix
  )

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getScale(100, 100, 100),
    matrix,
  )

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getTranslation(400, -300, 0),
    matrix,
  )

  const sceneVertices = []
  for(let i = 0 ; i < vertices.length ; i++) {
    let vertex = Matrix.multiplyVector(
      matrix,
      vertices[i]
    )

    sceneVertices.push(vertex)
  }

  drawer.clearSurface()

  for (let i = 0, l = edges.length ; i < l ; i++) {
    const e = edges[i]

    drawer.drawLine(
      sceneVertices[e[0]].x,
      sceneVertices[e[0]].y,
      sceneVertices[e[1]].x,
      sceneVertices[e[1]].y,
      0, 0, 255
    )
  }

  ctx.putImageData(imageData, 0, 0)
}, 100)

const center = new Vector(400, -300, 0)
drawer.drawLine(
  center.x, center.y,
  center.x, center.y + 200,
  150, 150, 150
)

drawer.drawLine(
  center.x, center.y,
  center.x + 200, center.y,
  150, 150, 150
)

const zVector = new Vector(-1, -1, 0);
const zCoords = Vector.add(
  center,
  zVector.normalize().multiplyByScalar(150)
);
drawer.drawLine(
  center.x, center.y,
  zCoords.x, zCoords.y,
  150, 150, 150
);

const ctx = document.getElementById('surface').getContext('2d');
const imageData = ctx.createImageData(800, 600);

class Vector {
  x = 0;
  y = 0;
  z = 0;
  w = 1;

  constructor(x, y, z, w = 1) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.z = z;
    this.w = w;
  }

  multiplyByScalar(s) {
    this.x *= s;
    this.y *= s;
    this.z *= s;

    return this;
  }

  static add(v1, v2) {
    return new Vector(
      v1.x + v2.x,
      v1.y + v2.y,
      v1.z + v2.z,
    );
  }

  getLength() {
    return Math.sqrt(
      this.x * this.x + this.y * this.y + this.z * this.z
    );
  }

  normalize() {
    const length = this.getLength();

    this.x /= length;
    this.y /= length;
    this.z /= length;

    return this;
  }
}

class Matrix {
  static multiply(a, b) {
    const m = [
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
    ];

    for (let i = 0 ; i < 4 ; i++) {
      for(let j = 0 ; j < 4 ; j++) {
        m[i][j] = a[i][0] * b[0][j] +
          a[i][1] * b[1][j] +
          a[i][2] * b[2][j] +
          a[i][3] * b[3][j];
      }
    }

    return m;
  }

  static getRotationX(angle) {
    const rad = Math.PI / 180 * angle;

    return [
      [1, 0, 0, 0],
      [0, Math.cos(rad), -Math.sin(rad), 0],
      [0, Math.sin(rad), Math.cos(rad), 0],
      [0, 0, 0, 1],
    ];
  }

  static getRotationY(angle) {
    const rad = Math.PI / 180 * angle;

    return [
      [Math.cos(rad), 0, Math.sin(rad), 0],
      [0, 1, 0, 0],
      [-Math.sin(rad), 0, Math.cos(rad), 0],
      [0, 0, 0, 1],
    ];
  }

  static getRotationZ(angle) {
    const rad = Math.PI / 180 * angle;

    return [
      [Math.cos(rad), -Math.sin(rad), 0, 0],
      [Math.sin(rad), Math.cos(rad), 0, 0],
      [0, 0, 1, 0],
      [0, 0, 0, 1],
    ];
  }

  static getTranslation(dx, dy, dz) {
    return [
      [1, 0, 0, dx],
      [0, 1, 0, dy],
      [0, 0, 1, dz],
      [0, 0, 0, 1],
    ];
  }

  static getScale(sx, sy, sz) {
    return [
      [sx, 0, 0, 0],
      [0, sy, 0, 0],
      [0, 0, sz, 0],
      [0, 0, 0, 1],
    ];
  }

  static multiplyVector(m, v) {
    return new Vector(
      m[0][0] * v.x + m[0][1] * v.y + m[0][2] * v.z + m[0][3] * v.w,
      m[1][0] * v.x + m[1][1] * v.y + m[1][2] * v.z + m[1][3] * v.w,
      m[2][0] * v.x + m[2][1] * v.y + m[2][2] * v.z + m[2][3] * v.w,
      m[3][0] * v.x + m[3][1] * v.y + m[3][2] * v.z + m[3][3] * v.w,
    );
  }
}

class Drawer {
  surface = null;
  width = 0;
  height = 0;

  constructor(surface, width, height) {
    this.surface = surface;
    this.width = width;
    this.height = height;
  }

  drawPixel(x, y, r, g, b) {
    const offset = (this.width * -y + x) * 4;

    if (x >= 0 && x < this.width && -y >= 0 && -y < this.height) {
      this.surface[offset] = r;
      this.surface[offset + 1] = g;
      this.surface[offset + 2] = b;
      this.surface[offset + 3] = 255;
    }
  }
  drawLine(x1, y1, x2, y2, r = 0, g = 0, b = 0) {
    const round = Math.trunc;
    x1 = round(x1);
    y1 = round(y1);
    x2 = round(x2);
    y2 = round(y2);

    const c1 = y2 - y1;
    const c2 = x2 - x1;

    const length = Math.max(
      Math.abs(c1),
      Math.abs(c2)
    );

    const xStep = c2 / length;
    const yStep = c1 / length;

    for (let i = 0 ; i <= length ; i++) {
      this.drawPixel(
        Math.trunc(x1 + xStep * i),
        Math.trunc(y1 + yStep * i),
        r, g, b,
      );
    }
  }

  clearSurface() {
    const surfaceSize = this.width * this.height * 4;
    for (let i = 0; i < surfaceSize; i++) {
      this.surface[i] = 0;
    }
  }
}

const drawer = new Drawer(
  imageData.data,
  imageData.width,
  imageData.height
);

// Cube vertices
const vertices = [
  new Vector(-1, 1, 1), // 0 
  new Vector(-1, 1, -1), // 1 
  new Vector(1, 1, -1), // 2 
  new Vector(1, 1, 1), // 3 
  new Vector(-1, -1, 1), // 4 
  new Vector(-1, -1, -1), // 5 
  new Vector(1, -1, -1), // 6 
  new Vector(1, -1, 1), // 7 
];

// Cube edges
const edges = [
  [0, 1],
  [1, 2],
  [2, 3],
  [3, 0],

  [0, 4],
  [1, 5],
  [2, 6],
  [3, 7],

  [4, 5],
  [5, 6],
  [6, 7],
  [7, 4],
];

let angle = 0;
setInterval(() => {
  let matrix = Matrix.getRotationX(20);

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getRotationY(angle += 1),
    matrix
  );

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getScale(100, 100, 100),
    matrix,
  );

  matrix = Matrix.multiply(
    Matrix.getTranslation(400, -300, 0),
    matrix,
  );

  const sceneVertices = [];
  for(let i = 0 ; i < vertices.length ; i++) {
    let vertex = Matrix.multiplyVector(
      matrix,
      vertices[i]
    );

    sceneVertices.push(vertex);
  }

  drawer.clearSurface();

  for (let i = 0, l = edges.length ; i < l ; i++) {
    const e = edges[i];

    drawer.drawLine(
      sceneVertices[e[0]].x,
      sceneVertices[e[0]].y,
      sceneVertices[e[1]].x,
      sceneVertices[e[1]].y,
      0, 0, 255
    );
  }

  const center = new Vector(400, -300, 0)
  drawer.drawLine(
    center.x, center.y,
    center.x, center.y + 200,
    150, 150, 150
  );

  drawer.drawLine(
    center.x, center.y,
    center.x + 200, center.y,
    150, 150, 150
  );

  const zVector = new Vector(-1, -1, 0, 0);
  const zCoords = Vector.add(
    center,
    zVector.normalize().multiplyByScalar(150)
  );
  drawer.drawLine(
    center.x, center.y,
    zCoords.x, zCoords.y,
    150, 150, 150
  );

  ctx.putImageData(imageData, 0, 0);
}, 100);

ماذا بعد؟