前端开发指南文档

3D One AI 前端开发指南

1. 技术栈选型 (V2.0)

  • 核心框架：
    • React 18 + TypeScript 5.0 (组件化、强类型、生态完善)
    • React-Three-Fiber 8.0 (Three.js的React渲染器，简化3D开发)
  • 3D引擎：
    • Three.js r152 (核心3D渲染、场景管理、相机控制)
  • 物理引擎：
    • Cannon.js 0.20.0 / Ammo.js + use-cannon 9.0 (精确刚体物理模拟)
  • UI组件库：
    • Ant Design 5.0 (企业级UI，提供丰富表单、布局组件)
    • React Flow 11.0 (可视化编程节点编辑器)
  • 状态管理：
    • Zustand 4.0 (轻量、高效状态管理，适合高频更新的3D状态)
  • 数据处理：
    • Immer 10.0 (不可变数据操作)
  • 构建工具：
    • Vite 4.0 (极速开发服务器与生产构建)
  • 测试框架：
    • Jest 29.0 + React Testing Library 14.0 (单元/集成测试)
    • Cypress 12.0 (E2E测试)

2. 核心架构设计

🔄 正在加载流程图...

graph LR A[用户界面层] --> B[应用逻辑层] B --> C[3D渲染层] B --> D[物理引擎层] C --> E[Three.js] D --> F[Cannon.js/Ammo.js] A --> G[可视化编程层] G --> H[React Flow] B --> I[硬件模拟层] I --> J[Web Serial API Polyfill]

3. 关键模块实现

3.1 3D场景管理

// 使用React-Three-Fiber创建场景
import { Canvas } from '@react-three/fiber';
import { Physics } from '@react-three/cannon';

const Scene = () => (
  <Canvas shadows camera={{ position: [0, 5, 10], fov: 50 }}>
    <Physics gravity={[0, -9.8, 0]}>
      <ambientLight intensity={0.5} />
      <RobotModel position={[0, 1, 0]} />
      <Environment preset="city" />
    </Physics>
  </Canvas>
);

3.2 硬件组件系统

// 硬件组件基类
abstract class HardwareComponent {
  constructor(public type: 'sensor' | 'actuator', public pin: number) {}
  abstract update(state: SimulationState): void;
}

// 温度传感器实现
class TemperatureSensor extends HardwareComponent {
  update(state) {
    const temp = getEnvironmentTemperature(state.position);
    this.emit('data', temp);  // 发布数据事件
  }
}

3.3 可视化编程接口

// 编程节点定义
const MoveNode = ({ data }) => (
  <Node>
    <Handle type="target" position={Position.Left} />
    <div>移动至: {data.coordinates}</div>
    <Handle type="source" position={Position.Right} />
  </Node>
);

// 节点连接处理器
const onConnect = (connection) => {
  validateConnection(connection); // 验证连接有效性
  addExecutionEdge(connection.source, connection.target);
};

4. 性能优化策略

  1. 实例化渲染：相同硬件组件使用InstancedMesh
  2. LOD管理：根据相机距离切换模型精度
  3. 物理更新优化：
    useFrame(() => {
  if(needsUpdate) { // 脏检查机制
    updatePhysics();
    setNeedsUpdate(false);
  }
});
  4. Web Worker：复杂物理计算移至Worker线程
  5. 资源缓存：GLTF模型使用GLTFLoader + useGLTF预加载

5. 安全控制

  • 代码沙箱：
    const safeEval = (code) => {
  const iframe = document.createElement('iframe');
  iframe.sandbox = 'allow-scripts';
  return iframe.contentWindow.eval(code);
};
  • XSS防护：所有用户输入使用DOMPurify 3.0过滤
  • 权限分级：
    • 学生：仅执行模式
    • 教师：可编辑实验参数
    • 管理员：完整系统控制

6. 教育场景适配

  1. 难度分级：
    const difficultySettings = {
  elementary: { maxNodes: 5, autoErrorCheck: true },
  middle: { maxNodes: 15, showDebugPanel: true },
  high: { fullFeatures: true }
};
  2. 课程标准映射：
    • 实现课标标签系统
    • 自动关联知识点文档
  3. 实时错误提示：
    • 电路连接错误高亮
    • 编程语法即时检查

7. 部署规范

  1. 构建配置：
    vite build --mode production --outDir dist/edu
  2. CDN策略：
    • 静态资源：OSS + CDN加速
    • 3D模型：分片加载
  3. 监控接入：
    • 前端性能监控：Sentry
    • 用户行为分析：埋点SDK

扩展性设计：通过硬件组件注册机制支持扩展

registerHardwareComponent('GY-521', Gy521Sensor, {
  pins: ['VCC', 'GND', 'SCL', 'SDA'],
  icon: Gy521Icon
});

本指南采用模块化架构，结合教育场景特殊需求，在保证3D性能的同时兼顾易用性。通过严格的类型约束和安全控制，满足K12教学环境要求，物理引擎选型确保机器人运动仿真的科学性。