CSS3 制作魔方 - 形成魔方 html3d旋转魔方

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魔方结构解析

从魔方的外观来看，可以有多种方式来表达它的组成，从而也有多种方式来形成一个魔方。如：

• 由六个面组成
• 由若干层组成
• 由多个方块组成

无论哪种方式，都可以制作魔方。只是，不同的方式对后续的其它操作会有影响，有些方式甚至会导致利用已有的特性无法直接表达。因此，在这项选择上小纠结一下，理出最易于理解和实施（往往也容易自以为是）的方案是有益的。

这里我们选择“由多个方块组成”的方式来形成魔方。

于是得到魔方的基本结构为：一个魔方由多个魔方格(cube)组成，一个魔方格由多个版面(block)组成。

一些基本要素的表示

六个方向表示：上(up)、下(down)、左(left)、右(right)、前(front)、后(back)

六种颜色表示：黄色(yellow)、白色(white)、橙色(orange)、红色(red)、蓝色(blue)、绿色(green)

初始的魔方组成形式为：上黄，下白，左橙，右红，前蓝，后绿。

绘制魔方格

一个魔方格也有六个方向，每个方向一个版面。在魔方中，一个魔方格可见的只有 1 至 3 个版面。

为了处理方便，每一个魔方格我们总是从前面来看它，从而上、下、左、右、前、后对于每一个魔方格而言都是确定的位置。

版面的绘制

首先，定义版面(block)的基础样式：

.block { 
 position: absolute; 
 margin: 0 auto; 
 border:solid 2px black;
 border-radius:3px;
 /* 宽高包含边框 */
 box-sizing:border-box; 
 /* 旋转原点 */
 transform-origin:0 0 0;
}

一个版面，默认总是“前面”，我们通过旋转将其旋转到指定的方向，每个方向确定的规则如下：

上：为绕 x 轴逆向 90 度，即 rotateX(-90deg)

下：y 轴的 top属性增加一格后绕 x 轴逆向 90 度

左：绕 y 轴 90 度，即 rotateY(90deg)

右：x 轴的 left 属性增加一格后绕 y 轴 90 度

前：本尊不用动

后：z 轴向后平移一格即可，即 translateZ(size px)

为此，我们通过 javascript 定义一个 Block 类，接收方向、颜色与一格大小作为参数，实现动态绘制版面。

<script>
/** 版面 block 类 
 * direct 方向
 * color 颜色
 * size 边长大小
**/
function Block(direct, color, size){
 this.direct = direct;
 this.color = color;
 this.size = size;
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(cubeElement){
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = this.size + "px";
 e.style.height = this.size + "px";
 var top = (this.direct == 'down' ? this.size : 0);
 var left = (this.direct == 'right' ? this.size : 0);
 e.style.top = top + "px";
 e.style.left = left + "px";
 e.style.backgroundColor = this.color;
 var rx = (this.direct == 'up' || this.direct == 'down' ? -90 : 0);
 var ry = (this.direct == 'left' || this.direct == 'right' ? 90 : 0);;
 var tz = (this.direct == 'back' ? this.size : 0);
 e.style["transform"] = "rotateX(" + rx + "deg) rotateY(" + ry + "deg) translateZ(-" + tz + "px)";
 e.className = "block"; 
 this.Element = e;
 cubeElement.appendChild(e);
 };
}
function onload(){
 var blockLeft = new Block('left', 'red', 50);
 var blockTop = new Block('up', 'yellow', 50);
 var blockRight = new Block('right', 'green', 50);
 blockLeft.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 blockTop.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 blockRight.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
}
</script>

效果如下：

魔方格的绘制

有了版面的绘制，魔方格可以看到是版面的一个集合，我们根据需要组合版面即可。

首先，我们定义一个魔方格的基础样式 cube：

.cube { 
 position: absolute;
 /* 子元素版面是需要三维空间的 */
 transform-style: preserve-3d; 
}

为了动态绘制魔方格，我们定义一个魔方格的 Cube 类，指定大小，以及指明所需要各版面的方向及颜色即可。为了能将魔方格排列成魔方，可以为魔方格设置一个其位于魔方这个三维体的坐标位置，默认坐标总是(0,0,0)。而魔方的三维坐标我们定义如下：

自左向右为 x 坐标，以三阶为例可取值：0，1，2

自上向下为 y 从标，以三阶为例可取值：0，1，2

自前向后为 z 坐标，以三阶为例可取值：0，1，2

/** 魔方格 Cube 类
 * blockSize 为魔方格的边长代表大小
 * directColorArray 为指定方向与颜色的数组
 * 形式为 [direct,color,direct,color,...] 
 * x,y,z 为在魔方中的坐标，未指定时默认为0,0,0
**/
function Cube(blockSize, directColorArray, x, y, z){
 this.x = x | 0; 
 this.y = y | 0; 
 this.z = z | 0;
 this.blockSize = blockSize;
 this.blocks = []; 
 /* 根据参数建立 Block 对象 */
 for(var i=0; i < directColorArray.length / 2; i++){
 this.blocks.push(new Block(directColorArray[ i*2 ], directColorArray[ i*2 + 1 ], this.blockSize)); 
 }
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(boxElement, x, y, z){ 
 this.x = this.x | x;
 this.y = this.y | y;
 this.z = this.z | z;
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = this.blockSize + "px";
 e.style.height = this.blockSize + "px"; 
 e.style["transform"] = "translate3d(" + (x * this.blockSize) + "px," + (y * this.blockSize) + "px,-" + (z * this.blockSize) + "px) "; 
 e.className = "cube"; 
 for(var i=0; i < this.blocks.length; i++) { 
 this.blocks[i].DrawIn(e);
 }
 this.Element = e;
 boxElement.appendChild(e);
 };
}

以下代码，绘制两个魔方格：

function onload(){
 var cube1 = new Cube(50, ['left', 'red', 'up', 'yellow', 'back', 'green']);
 var cube2 = new Cube(50, ['right', 'red', 'up', 'yellow', 'back', 'green']);
 cube1.DrawIn( document.querySelector(".wrap") ); 
 cube2.DrawIn( document.querySelector(".wrap"), 2, 0, 0 ); 
}

效果如下：

形成魔方

同样，为了包裹起整个魔方，我们定义一个魔方的基础样式，magicBox：

.magicBox {
 position: absolute;
 transform-style: preserve-3d; 
}

接下来，再定义一个 MagicBox 的类，根据魔方初始的摆放格局“上黄，下白，左橙，右红，前蓝，后绿”，我们可以根据指定的维度自动生成其所需要的魔方格，所有的魔方格，均通过平移的方式放置到所属的坐标。

/** 魔方 MagicBox 类
 * dimension 阶数
 * blockSize 每小格大小
 **/
function MagicBox(dimension, blockSize){
 this.dimension = dimension;
 this.blockSize = blockSize;
 this.cubes = [];
 this.MakeDefaultCubes = function(){
 this.cubes = [];
 for(var x=0; x < this.dimension; x++){
 for(var y=0; y < this.dimension; y++){
 for(var z=0; z < this.dimension; z++){
 var cube = this.MakeDefaultCube(x, y, z);
 if(cube){
 this.cubes.push(cube);
 }
 }
 }
 }
 };
 /* 根据魔方格在阶数中的位置生成魔方格，魔方内部的格子忽略 */
 this.MakeDefaultCube = function(x, y, z){
 var max = this.dimension - 1;
 var dc = [];
 if(x == 0) dc.push("left", "orange"); else if(x == max) dc.push("right", "red");
 if(y == 0) dc.push("up", "yellow"); else if(y == max) dc.push("down", "white"); 
 if(z == 0) dc.push("front", "blue"); else if(z == max) dc.push("back", "green");
 if(dc.length == 0) return null;
 var cube = new Cube(this.blockSize, dc, x, y, z); 
 return cube;
 }
 // 构造时自动产生初始魔方格
 this.MakeDefaultCubes();
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(domElement){ 
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = (this.dimension * this.blockSize) + "px";
 e.style.height = (this.dimension * this.blockSize) + "px"; 
 e.className = "magicBox"; 
 for(var i=0; i < this.cubes.length; i++) { 
 this.cubes[i].DrawIn(e);
 }
 this.Element = e;
 domElement.appendChild(e);
 }; 
} 

通过以下代码绘制一个三阶魔方：

var magicBox = new MagicBox(3, 50);
magicBox.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );

效果如下：

附本文完整 HTML 页面

以下为本文完整的代码文档，复制到记事本中，保存为.html即可在谷歌浏览器中运行。

<!DOCTYPE html>
<html> 
<head>
 <meta charset="utf-8" /> 
 <title>CSS3 魔方</title>
 <!-- 样式部分全写这里 -->
 <style> 
 .wrap {
 transform-style: preserve-3d;
 width: 300px; height: 300px; 
 position: relative; /* 定位起点元素 */
 border-top:solid 1px gray; /* x 轴 */
 border-left:solid 1px gray; /* y 轴 */
 /* 倾斜一点方能见立体效果 */
 transform: rotateX(-30deg) rotateY(-30deg); 
 }
 /* z 轴正方向 */
 .zaxis_p { 
 position:absolute; 
 width : 300px;
 height:1px; 
 border-top:solid 1px gray; 
 /* xy面上，90度立起来就是 z */
 transform: rotateY(-90deg); 
 /* 立起来的旋转点 */
 transform-origin:0 0 0; 
 }
 /* z 轴负方向 */
 .zaxis_n { 
 position:absolute; 
 width : 300px;
 height:1px; 
 border-top:dashed 1px gray; /*（虚线）*/
 transform: rotateY(90deg);
 transform-origin:0 0 0; 
 }
 .block { 
 position: absolute; 
 margin: 0 auto; 
 border:solid 2px black;
 border-radius:3px;
 /* 宽高包含边框 */
 box-sizing:border-box; 
 transform-origin:0 0 0;
 }
 .cube { 
 position: absolute;
 /* 子元素版面是需要三维空间的 */
 transform-style: preserve-3d; 
 }
 .magicBox {
 position: absolute;
 transform-style: preserve-3d; 
 }
 </style> 
<script>
/** 版面 block 类 
 * direct 方向
 * color 颜色
 * size 边长大小
**/
function Block(direct, color, size){
 this.direct = direct;
 this.color = color;
 this.size = size;
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(cubeElement){
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = this.size + "px";
 e.style.height = this.size + "px";
 var top = (this.direct == 'down' ? this.size : 0);
 var left = (this.direct == 'right' ? this.size : 0);
 e.style.top = top + "px";
 e.style.left = left + "px";
 e.style.backgroundColor = this.color;
 var rx = (this.direct == 'up' || this.direct == 'down' ? -90 : 0);
 var ry = (this.direct == 'left' || this.direct == 'right' ? 90 : 0);;
 var tz = (this.direct == 'back' ? this.size : 0);
 e.style["transform"] = "rotateX(" + rx + "deg) rotateY(" + ry + "deg) translateZ(-" + tz + "px)";
 e.className = "block"; 
 this.Element = e;
 cubeElement.appendChild(e);
 };
}
/** 魔方格 Cube 类
 * blockSize 为魔方格的边长代表大小
 * directColorArray 为指定方向与颜色的数组
 * 形式为 [direct,color,direct,color,...] 
 * x,y,z 为在魔方中的坐标，未指定时默认为0,0,0
**/
function Cube(blockSize, directColorArray, x, y, z){
 this.x = x | 0; 
 this.y = y | 0; 
 this.z = z | 0;
 this.blockSize = blockSize;
 this.blocks = []; 
 /* 根据参数建立 Block 对象 */
 for(var i=0; i < directColorArray.length / 2; i++){
 this.blocks.push(new Block(directColorArray[ i*2 ], directColorArray[ i*2 + 1 ], this.blockSize)); 
 }
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(boxElement, x, y, z){ 
 this.x = x | this.x;
 this.y = y | this.y;
 this.z = z | this.z;
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = this.blockSize + "px";
 e.style.height = this.blockSize + "px"; 
 e.style["transform"] = "translate3d(" + (this.x * this.blockSize) + "px," + (this.y * this.blockSize) + "px,-" + (this.z * this.blockSize) + "px) "; 
 e.className = "cube"; 
 for(var i=0; i < this.blocks.length; i++) { 
 this.blocks[i].DrawIn(e);
 }
 this.Element = e;
 boxElement.appendChild(e);
 };
}
/** 魔方 MagicBox 类
 * dimension 阶数
 * blockSize 每小格大小
 **/
function MagicBox(dimension, blockSize){
 this.dimension = dimension;
 this.blockSize = blockSize;
 this.cubes = [];
 this.MakeDefaultCubes = function(){
 this.cubes = [];
 for(var x=0; x < this.dimension; x++){
 for(var y=0; y < this.dimension; y++){
 for(var z=0; z < this.dimension; z++){
 var cube = this.MakeDefaultCube(x, y, z);
 if(cube){
 this.cubes.push(cube);
 }
 }
 }
 }
 };
 /* 根据魔方格在阶数中的位置生成魔方格，魔方内部的格子忽略 */
 this.MakeDefaultCube = function(x, y, z){
 var max = this.dimension - 1;
 var dc = [];
 if(x == 0) dc.push("left", "orange"); else if(x == max) dc.push("right", "red");
 if(y == 0) dc.push("up", "yellow"); else if(y == max) dc.push("down", "white"); 
 if(z == 0) dc.push("front", "blue"); else if(z == max) dc.push("back", "green");
 if(dc.length == 0) return null;
 var cube = new Cube(this.blockSize, dc, x, y, z); 
 return cube;
 }
 // 构造时自动产生初始魔方格
 this.MakeDefaultCubes();
 // 绘制过的 UI 元素对象
 this.Element = null;
 // 在父容器中绘制
 this.DrawIn = function(domElement){ 
 var e = this.Element || document.createElement('div');
 e.style.width = (this.dimension * this.blockSize) + "px";
 e.style.height = (this.dimension * this.blockSize) + "px"; 
 e.className = "magicBox"; 
 for(var i=0; i < this.cubes.length; i++) { 
 this.cubes[i].DrawIn(e);
 }
 this.Element = e;
 domElement.appendChild(e);
 }; 
} 
function onload(){
 /* 版面绘制示例
 var blockLeft = new Block('left', 'red', 50);
 var blockTop = new Block('up', 'yellow', 50);
 var blockRight = new Block('right', 'green', 50);
 blockLeft.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 blockTop.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 blockRight.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 */
 /* 魔方格绘制示例
 var cube1 = new Cube(50, ['left', 'red', 'up', 'yellow', 'back', 'green']);
 var cube2 = new Cube(50, ['right', 'red', 'up', 'yellow', 'back', 'green']);
 cube1.DrawIn( document.querySelector(".wrap") ); 
 cube2.DrawIn( document.querySelector(".wrap"), 2, 0, 0 ); 
 */
 //* 魔方绘制示例
 var magicBox = new MagicBox(3, 50);
 magicBox.DrawIn( document.querySelector(".wrap") );
 //*/
}
</script>
</head>
<body style="padding:300px;" onload="onload()">
 <div class="wrap">
 <div class="zaxis_p"></div> 
 <div class="zaxis_n"></div> 
 </div>
</body>
</html>