基于 HTML5 Canvas 的病毒模拟视觉试验台
前言
病毒的爆发并不单单只有中国这人口大国，纵观整个地球，2020 年，还有很多国家也在“水深火热”中努力进行着“自救”。美国，近几个月来爆发了非常致命的流感--乙型流感病毒，据相关数据统计，到目前为止全美范围已经有超 1300 万人感染了该病毒， 12 万人住院治疗，死亡人数可能高达 6600 多人；波兰，2019 年 12 月 31 日至 2020 年 1 月 4 日，该国卢布林省和大波兰省发生 8 起 H5N8 亚型高致病性禽流感，此次疫情可能导致多达 4 万只禽类被宰杀，方圆3公里多达 35 万只家禽受到威胁；中国，农业农村新闻办公室 2 月 1 日发布，湖南省邵阳市双清区发生一起家禽 H5N1 亚型高致病性禽流感疫情，养殖户存栏肉鸡 7850 只，发病死亡 4500 只，疫情发生后，当地按照有关预案和防治技术规范要求切实做好疫情处置工作，已扑杀家禽 17828 只，全部病死和扑杀家禽均已无害化处理......
在病毒面前，人类真的很脆弱，此次新型冠状病毒虽然致死率低，但传染性极强，如果传播过程中发生了可怕的变异，导致致死率提升，那么造成的后果难以估量。如果大家早期能够认识到病毒的危害，提高自我防范意识，那么就能有效的控制疫情的蔓延。此次春节在家，发现大多数的长辈都对此次疫情不以为然，依旧到处串门喝茶聊天，进出人群密集的地方时，不戴口罩，多番劝阻无果，很是无奈，依旧有部分人不了解病毒的危害。
此篇文章就以 HIV 病毒为例，采用 2/3D 结合的可视化效果，直观展示病毒的微观世界。补充说明：人类免疫缺陷病毒 ( Human Immunodeficiency Virus;abbe:HIV )，即艾滋病 ( AIDS，获得性免疫缺陷综合症) 病毒，属逆转录病毒的一种。
效果预览：
动态案例预览地址：https://www.hightopo.com/demos/index.html
HIV 活性实验台
该模块主要模拟在不同环境不同试剂的情况下，病毒活性的变化。
功能点1：左侧为实验控制台，可拖拽其值进度条来改变数值，通过一定的计算公式进而去动态修改 3D 场景中病毒的活性面板的相关显示值。
功能实现：监听 2D 图纸的交互器，在图元拖拽中进行去进行相关参数值的修改（ addInteractorListener，简写为 mi ），接着通过模型中 Data 元素属性变化监听器（ addDataPropertyChangeListener，简写为 md ）去监听每一次参数的变化，然后通过一定的计算公式去计算活性面板的最终显示值，最后以数据驱动方式去修改活性面板的数据。
主要代码：
// 获取病毒图元this._virusNode = virus2D.dm().getDataByTag('virusNode');// 对图元进行缩放function setScale(value) { this._virusNode.setScale(value, value);}this.g2d.dm().mp(function (e) { if (e.property === "a:virusScale") { if (this.virus2D) { setScale(e.newValue); this._virusNode.setScale(value, value); } }}, this);功能点2：放大镜查看。
功能实现：根据放大镜左侧倍数控制器的值去动态设置放大镜中图元的缩放值。
主要代码：
let params = { duration: 10000, // 动画周期毫秒数，默认采用`ht.Default.animDuration` easing: (t) => { return t }, // 动画缓动函数，默认采用`ht.Default.animEasing` action: (v, t) => { this.virus.forEach((i, index) => { let count = 0; if (i.a('count')) { count = i.a('count'); } else { count = 0; } count += 0.5; let scale = this.virusScales[index] + 0.1 * Math.cos( (((count % 36) * Math.PI) / 180) * 10 + ((360 / this.virus.length) * index * Math.PI) / 180 ); i.eachChild(data => { data.setScale3d(scale, scale, scale); }); i.a('count', count) }) }, finishFunc: () => { if (this._continuous) { this.breating(); } }, // 动画结束后调用的函数。}功能点3：病毒成分剖面示意图及其 RNA 链。 2D 及 3D 的效果展示，使微观病毒更加具象化，帮助人们更加清晰的认识病毒。
功能点4： 3D 场景中病毒的呼吸效果。
功能实现：使用 HT 的动画功能，不断的去设置病毒图元自身的缩放值。
主要代码：
let params = { duration: 10000, // 动画周期毫秒数，默认采用`ht.Default.animDuration` easing: (t) => { return t }, // 动画缓动函数，默认采用`ht.Default.animEasing` action: (v, t) => { this.virus.forEach((i, index) => { let count = 0; if (i.a('count')) { count = i.a('count'); } else { count = 0; } count += 0.5; let scale = this.virusScales[index] + 0.1 * Math.cos( (((count % 36) * Math.PI) / 180) * 10 + ((360 / this.virus.length) * index * Math.PI) / 180 ); i.eachChild(data => { data.setScale3d(scale, scale, scale); }); i.a('count', count) }) }, finishFunc: () => { if (this._continuous) { this.breating(); } }, // 动画结束后调用的函数。}免疫系统侵入演示
动画步骤描述：
① 病毒侵入，免疫激活 开始：场景中只有三个白细胞（两个小的白细胞离大号的较远）； 过程：病毒渐显（粉色颗粒，上面无附着抗体标记）； 结束：场景中只存在三个白细胞和病毒 ② 白细胞释放趋化因子和增值化学物质 开始：画面中有三个白细胞和六个病毒； 过程：趋化因子从大号白细胞内部释放出来，渐显，而后另外两个白细胞向大号靠近到一定距离，然后趋化因子渐渐消失 结束：场景中存在三个白细胞（两个小的白细胞靠近大号的）、六个病毒 ③ 白细胞产生抗体标记靶向细菌/病毒 开始：场景中有三个白细胞（两个小的白细胞靠近大号的）和六个病毒； 过程：抗体标记从大号白细胞里渐显飞出，最后附着在病毒上，此时出现提示面板（内容：病毒/细菌被白细胞标记抗体），最后面板渐隐 结束：场景中存在三个白细胞（两个小的白细胞靠近大号的）、六个病毒和抗体标记（附着在病毒上） ④ 白细胞吞噬靶向细胞/病毒 开始：场景中存在三个白细胞（两个小的白细胞靠近大号的）、六个病毒和抗体标记（附着在病毒上） 过程：大号白细胞出现提示面板（内容：白细胞被吸引到标记抗体处，面板渐显渐隐后，大号白细胞移动至四个病毒区域，二号白细胞移动至两个病毒区域，三号朝病毒区域中心移动轻微移动一小段，稍微停顿后，白细胞恢复初始位置，病毒、抗体标记消失 结束：场景中只存在三个白细胞 ⑤ HIV 病毒侵入进入白细胞 开始：场景中存在三个白细胞 过程：出现几个病毒，然后HIV病毒渐显，再然后进入到一号白细胞内部 结束：场景中存在三个白细胞，一个 HIV 病毒，两三个粉色病毒 ⑥ HIV 病毒在白细胞内复制，白细胞死亡 开始：场景中存在三个白细胞，一个 HIV 病毒（在一号白细胞内部），两三个粉色病毒 过程：HIV 病毒开始复制（体现在数量增多），然后三个白细胞同时缩小到原来的一半 结束：场景中存在三个白细胞（体积缩小），三个 HIV 病毒 ⑦ HIV 病毒跑出，细菌增生免疫系统破坏成功 开始：场景中存在三个白细胞（体积缩小），三个 HIV 病毒 过程：HIV病毒跑出一号白细胞，同时白细胞渐隐直至消失，而后粉色病毒增多 结束：场景中只存在三个 HIV 病毒，多个粉色病毒
动画实现：ht.Default.startAnim 的动画函数，示例代码如下：
ht.Default.startAnim({ frames: 12, // 动画帧数 interval: 10, // 动画帧间隔毫秒数 easing: function(t){ return t * t; }, // 动画缓动函数，默认采用`ht.Default.animEasing` finishFunc: function(){ console.log('Done!') }, // 动画结束后调用的函数。 action: function(v, t){ // action函数必须提供，实现动画过程中的属性变化。 ... }});除了以上动画外，该模块还新增了两个控制项：控制动画播放速度（修改动画的 duration 参数值）及 3D 场景的视角（修改 eye）。
实现代码：
function getPositionByZoom(arr, zoom) { return [arr[0] * zoom, arr[1] * zoom, arr[2] * zoom];}this.g2d.dm().mp(function (e) { if (e.property === 'a:stepIndex') { // 做演示动画 this.stepIndex = e.newValue; this['anim' + (e.newValue + 1)](); } else if (e.property === 'a:screenZoom') { let value = e.newValue; if (this._eye) { let newEye = getPositionByZoom(this._eye, value); this.g3d.setEye(newEye); } } else if (e.property === 'a:playSpeed') { this.speed = 1 / e.newValue; }})药物抑制原理演
该模块主要演示生物酶抑制剂和化学消毒/去污药剂对病毒活性的影响。通过改变试剂的用量来模拟计算出病毒的活性率、复制速度、感染性、突变几率。动画演示中涉及的 3D 图元的位移方法。通过绘制一条管道轨迹线来实现。
// 偏移动画let g3d = this.g3d;let params = { frames: 100, // 动画帧数 interval: 30, // 动画帧间隔毫秒数 easing: (t) => { return t }, // 动画缓动函数，默认采用`ht.Default.animEasing` action: (v, t) => { let pipe; this.moveNodes.forEach((i, index) => { if (index < 2) { pipe = this.pipe1; } else { pipe = this.pipe2; } let length = g3d.getLineLength(pipe), offset = g3d.getLineOffset( pipe, length * t ), point = offset.point, px = point.x, py = point.y, pz = point.z, tangent = offset.tangent, tx = tangent.x, ty = tangent.y, tz = tangent.z; i.p3(px, py, pz); i.lookAt([px + tx, py + ty, pz + tz], 'right'); i.a('angle', t * Math.PI * 120); }) }, finishFunc: () => { if (this._continuous) { this.move(); } }, // 动画结束后调用的函数。}this.anim = ht.Default.startAnim(params);结语
这个春节，一场突如其来的疫情防控阻击战，在中华大地骤然打响，这是一场没有硝烟的战争，无论是医护人员，还是基础工作者，他们在疫情爆发的那一刻，就拿起了“武器”奔赴“战场一线”。病毒并不会因为他们是医护人员而“网开一面”，岁月静好，是因为有人在为我们负重前行，感谢那些在疫情中为我们奔赴前行的人，在疫情面前，我们没有一个人能置身事外。“宅”在家，这是对自己负责，对他人负责，更是对社会、对国家最大的支持。中华儿女从不畏惧任何困难，不会退缩，我们坚信这场战争我们肯定能赢，也必须要赢。
上期我也分享了关于科技早班车：HTML5 WebGL 实现 3D 地图，助力疫情实时数据可视化的内容，助大家更为直观了解疫情蔓延的分布趋势。有兴趣的可以了解一下~
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如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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