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1. MeshCat 概述
- 源码仓库: GitHub
MeshCat 是一个基于 three.js 构建的远程可控 3D 查看器, 特别适用于机器人学和仿真领域。它可以与 Python 结合使用，提供交互式的 3D 可视化功能。用户可通过浏览器访问 MeshCat 界面，并通过 WebSocket 发送几何指令动态构建场景树。其设计支持多语言接口，目前提供：
- meshcat-python (Python 2.7/3.4+)
- MeshCat.jl (Julia)
2. 安装 MeshCat
首先，确保你已经安装了 MeshCat。你可以使用 pip 进行安装：
pip install meshcat
3. 核心功能
3.1 程序化 API
创建查看器实例
let viewer = new MeshCat.Viewer(dom_element);
dom_element：承载查看器的 DOM 元素容器。
指令处理函数
Viewer.handle_command(cmd)
支持以下指令类型：
3.2 场景对象操作
set_object - 设置场景对象
{"type": "set_object","path": "/meshcat/box","object": {"metadata": {"version": 4.5, "type": "Object"},"geometries": [{"uuid": "...","type": "BoxGeometry","width": 1, "height": 1, "depth": 1}],"materials": [{"uuid": "...","type": "MeshLambertMaterial","color": 16777215}],"object": {"uuid": "...","type": "Mesh","geometry": "...","material": "..."}}
}
- 特殊格式支持：
_meshfile_geometry：直接加载 OBJ/DAE/STL 网格文件_text：生成文字纹理_meshfile_object：加载完整网格文件及材质
set_transform - 设置变换矩阵
{"type": "set_transform","path": "/meshcat/box","matrix": [1,0,0,0, 0,1,0,0, 0,0,1,0, 0.5,0,0.5,1]
}
matrix：16元素列优先浮点数组
delete - 删除对象
{"type": "delete","path": "/meshcat/box"
}
set_property - 设置对象属性
{"type": "set_property","path": "/Lights/DirectionalLight","property": "intensity","value": 1.0
}
- 支持属性链：如
material.shininess - 常用属性：
visible：可见性position/quaternion/scale：变换参数color/opacity：材质属性
3.3 动画与交互
set_animation - 设置动画
{"type": "set_animation","animations": [{"path": "/Cameras/default","clip": {"fps": 30,"tracks": [{"name": ".position","type": "vector3","keys": [{"time":0, "value":[0,1,0.3]},{"time":80, "value":[0,1,2]}]}]}}],"options": {"play": true}
}
set_target - 设置相机焦点
{"type": "set_target","value": [0, 1, 0]
}
capture_image - 截图
{"type": "capture_image","xres": 1920,"yres": 1080
}
3.4 WebSocket 通信
Viewer.connect(url) // 连接 WebSocket 服务器
- 消息格式：二进制 MsgPack
- 支持扩展类型：
Float32Array,Uint32Array等
4. 实用场景路径
| 路径 | 描述 |
|---|---|
/Lights/DirectionalLight | 定向光源 |
/Grid | 网格平面 |
/Axes | 坐标系（默认隐藏） |
/Cameras/default | 主摄像机 |
/Background | 背景颜色控制 |
5. 相机控制技巧
5.1 设置相机焦点与位置
[{"type": "set_transform","path": "/Cameras/default","matrix": [1,0,0,0, 0,1,0,0, 0,0,1,0, 1,2,3,1]},{"type": "set_property","path": "/Cameras/default/rotated/<object>","property": "position","value": [2, 0, 0]}
]
5.2 锁定相机视角
{"type": "set_property","path": "/Cameras/default/rotated/<object>","property": "position","value": [0, 0, 0]
}
6. 高级特性
6.1 透明度控制
{"type": "set_property","path": "/path/to/object","property": "modulated_opacity", # 叠加透明度 (0.0-1.0)"value": 0.5
}
6.2 自定义渲染回调
{"type": "set_render_callback","callback": "() => { console.log(this.camera.position); }"
}
7. 基本使用案例
以下是一个简单的使用 MeshCat 进行 3D 可视化的案例。
import meshcat
import meshcat.geometry as g
import meshcat.transformations as tf
import numpy as np# 创建一个新的 MeshCat 视图
vis = meshcat.Visualizer().open()# 添加一个立方体到场景中
vis["cube"].set_object(g.Box([1, 1, 1]))# 设置立方体的变换矩阵
vis["cube"].set_transform(tf.translation_matrix([1, 0, 0]))# 添加一个球体到场景中
vis["sphere"].set_object(g.Sphere(0.5))# 设置球体的变换矩阵
vis["sphere"].set_transform(tf.translation_matrix([-1, 0, 0]))# 添加一个圆柱体到场景中
vis["cylinder"].set_object(g.Cylinder(1, 0.2))# 设置圆柱体的变换矩阵
vis["cylinder"].set_transform(tf.translation_matrix([0, 1, 0]))# 使用圆柱体模拟锥体
vis["cone"].set_object(g.Cylinder(1, 0.5))# 设置锥体的变换矩阵
vis["cone"].set_transform(tf.translation_matrix([0, -1, 0]))# 添加一个网格到场景中
vertices = np.array([[0, 0, 0],[1, 0, 0],[0, 1, 0],[0, 0, 1]
])
faces = np.array([[0, 1, 2],[0, 1, 3],[0, 2, 3],[1, 2, 3]
])
vis["mesh"].set_object(g.TriangularMeshGeometry(vertices, faces))# 设置网格的变换矩阵
vis["mesh"].set_transform(tf.translation_matrix([0, 0, 1]))# 打开浏览器查看可视化结果
vis.open()
详细说明
- 创建 Visualizer：
vis = meshcat.Visualizer().open()创建一个新的 MeshCat 视图，并在浏览器中打开。 - 添加几何对象：使用
set_object方法添加几何对象，如立方体、球体、圆柱体和锥体。 - 设置变换矩阵：使用
set_transform方法设置几何对象的变换矩阵，以控制其位置和姿态。 - 添加网格：使用
TriangularMeshGeometry方法添加自定义网格。
运行代码
运行上述代码后，MeshCat 会在浏览器中打开一个窗口，显示添加的几何对象和网格。你可以通过拖动鼠标来旋转、缩放和平移视图。
总结
MeshCat 是一个强大的 3D 可视化工具，适用于各种机器人学和仿真应用。通过简单的 Python 代码，你可以轻松地创建和操作 3D 场景。希望这个案例能帮助你快速上手 MeshCat。