ThreeJs 基础入门

本文来自网易云社区

作者:唐钊


Three.js 是一款运行在浏览器中的 3D 引擎,你可以用它在 web 中创建各种三维场景,包括了摄影机、光影、材质等各种对象。使用它可以让我们更加直观的了解 webgl 的世界。

3D 场景前置知识

1.场景(Scene):是物体、光源等元素的容器,可以配合 chrome 插件使用,抛出 window.scene即可实时调整 obj 的信息和材质信息。2.相机(Camera):场景中的相机,代替人眼去观察,场景中只能添加一个,一般常用的是透视相机(PerspectiveCamera)3.物体对象(Mesh):包括二维物体(点、线、面)、三维物体,模型等等4.光源(Light):场景中的光照,如果不添加光照场景将会是一片漆黑,包括全局光、平行光、点光源等5.渲染器(Renderer):场景的渲染方式,如webGL\canvas2D\Css3D。6.控制器(Control): 可通过键盘、鼠标控制相机的移动

下面我们依次详细学习以上的细分知识点。

相机

Three.js中我们常用的有两种类型的相机:正交(orthographic)相机、透视(perspective)相机。一般情况下为了模拟人眼我们都是使用透视相机; 正交镜头的特点是,物品的渲染尺寸与它距离镜头的远近无关。也就是说在场景中移动一个物体,其大小不会变化。正交镜头适合2D游戏。 透视镜头则是模拟人眼的视觉特点,距离远的物体显得更小。透视镜头通常更适合3D渲染。

THREE.PerspectiveCamera(fov,aspect,near,far)

参数描述
fov视野角度,从镜头可以看到的场景的部分。通常3D游戏的FOV取值在60-90度之间较好的默认值为60
aspect渲染区域的纵横比。较好的默认值为window.innerWidth/window.innerHeight
near最近离镜头的距离
far远离镜头的距离

透视相机示意图:


创建摄像机以后还要对其进行移动、然后对准物体积聚的场景中心位置,分别是设置其 position和调用 lookAt 方法,参数均是一个 xyz向量(new THREE.Vector3(x,y,z))

camera.position:控制相机在整个3D环境中的位置(取值为3维坐标对象-THREE.Vector3(x,y,z))
camera.lookAt:控制相机的焦点位置,决定相机的朝向(取值为3维坐标对象-THREE.Vector3(x,y,z))

灯光

在Three.js中光源是必须的,如果一个场景你不设置灯光那么世界将会是一片漆黑。Three.js内置了多种光源以满足特定场景的需要。大家可以根据自己的项目需要来选择何种灯光

光源分类

光源说明
AmbientLight环境光,其颜色均匀的应用到场景及其所有对象上,这种光源为场景添加全局的环境光。
这种光没有特定的方向,不会产生阴影。通常不会把AmbientLight作为唯一的光源,
而是和SpotLight、DirectionalLight等光源结合使用,从而达到柔化阴影、添加全局色调的效果。
指定颜色时要相对保守,例如#0c0c0c。设置太亮的颜色会导致整个画面过度饱和,什么都看不清:
PointLight3D空间中的一个点光源,向所有方向发出光线
SpotLight产生圆锥形光柱的聚光灯,台灯、天花板射灯通常都属于这类光源,这种光源的使用场景最多
,特别是在你需要阴影效果的时候。
DirectionalLight也就无限光,光线是平行的。典型的例子是日光,用于模拟遥远的,类似太阳那样的光源。
该光源与SpotLight的主要区别是,它不会随着距离而变暗,所有被照耀的地方获得相同的光照强度。
HemisphereLight特殊光源,用于创建户外自然的光线效果,
此光源模拟物体表面反光效果、微弱发光的天空,模拟穹顶(半球)的微弱发光效果,
让户外场景更加逼真。使用DirectionalLight + AmbientLight可以在某种程度上来模拟户外光线,
但是不够真实,因为无法体现大气层的散射效果、地面或物体的反射效果
AreaLight面光源,指定一个发光的区域
LensFlare不是光源,用于给光源添加镜头光晕效果

关于光源的详细 API 大家可以参考 threejs 官网,很详细,demo 也很完整 传送门

Mesh

在计算机的世界里,一条弧线是由有限个点构成的有限条线段连接得到的。当线段数量越多,长度就越短,当达到你无法察觉这是线段时,一条平滑的弧线就出现了。 计算机的三维模型也是类似的。只不过线段变成了平面,普遍用三角形组成的网格来描述。我们把这种模型称之为 Mesh 模型。 在 threeJs 的世界中,材质(Material)+几何体(Geometry)就是一个 mesh。设置其name属性可以通过scene.getObjectByName(name)获取该物体对象;Geometry就好像是骨架,材质则类似于皮肤,对于材质和几何体的分类见下表格

材质分类

材质说明
MeshBasicMaterial基本的材质,显示为简单的颜色或者显示为线框。不考虑光线的影响
MeshDepthMaterial使用简单的颜色,但是颜色深度和距离相机的远近有关
MeshNormalMaterial基于面Geometry的法线(normals)数组来给面着色
MeshFacematerial容器,允许为Geometry的每一个面指定一个材质
MeshLambertMaterial考虑光线的影响,哑光材质
MeshPhongMaterial考虑光线的影响,光泽材质
ShaderMaterial允许使用自己的着色器来控制顶点如何被放置、像素如何被着色
LineBasicMaterial用于THREE.Line对象,创建彩色线条
LineDashMaterial用于THREE.Line对象,创建虚线条
RawShaderMaterial仅和THREE.BufferedGeometry联用,优化静态Geometry(顶点、面不变)的渲染
SpriteCanvasMaterial在针对单独的点进行渲染时用到
SpriteMaterial在针对单独的点进行渲染时用到
PointCloudMaterial在针对单独的点进行渲染时用到


几何图形

2D

图形说明
矩形 THREE.PlaneGeometry外观上是一个矩形
new THREE.PlaneGeometry(width, height, widthSegments, heightSegments);
THREE.CircleGeometry
传送门
外观上是一个圆形或者扇形
// 半径为3的圆
new THREE.CircleGeometry(3, 12);
// 半径为3的半圆
new THREE.CircleGeometry(3, 12, 0, Math.PI);
第三个参数和第四个分别是起始角度和结束角度,默认0-2*PI
THREE.RingGeometry
传送门
外观上是一个圆环或者扇环
new THREE.RingGeometry(innerRadius, outerRadius, thetaSegments, phiSegments, thetaStart, thetaLength)
THREE.ShapeGeometry
传送门
该形状允许你创建自定义的二维图形,其操作方式类似于SVG/Canvas中的画布

3D

图形说明
THREE.BoxGeometry
传送门
这是一个具有长宽高的盒子
BoxGeometry(width, height, depth, widthSegments, heightSegments, depthSegments)
THREE.SphereGeometry
传送门
这是一个三维球体/不完整球体
SphereGeometry(radius, widthSegments, heightSegments, phiStart, phiLength, thetaStart, thetaLength)
THREE. CylinderGeometry
传送门
可以绘制圆柱、圆筒、圆锥或者截锥
new THREE.CylinderGeometry(radiusTop,radiusBottom,height,radialSegments,heightSegments,openEnded)


加载外部模型

一般来讲我们的场景中不可能都是一些奇奇怪怪的形状,或多或少项目中都会用到一些外部的模型资源,不如动物啊,装饰物啊什么的,再加上一些动画,这样整个场景更加显得生动,那么 threejs 中我们可以通过哪些方式来加载外部的模型资源呢?

加载外部模型,是通过Three.js加载器(Loader)实现的。加载器把文本/二进制的模型文件转化为Three.js对象结构。 每个加载器理解某种特定的文件格式。

需要注意的是,由于贴图的尺寸必须是(2的幂数)X (2的幂数),如:1024X512,所以为了防止贴图变形,平面的宽度比例需要与贴图的比例一致。

支持的格式

格式说明
JSONThree.js自定义的、基于JSON的格式。可以声明式的定义一个Geometry或者Scene.利用该格式,你可以方便的重用复杂的Geometry或Scene
OBJ / MTLOBJ是Wavefront开发的一种简单3D格式,此格式被广泛的支持,用于定义Geometry,MTL用于配合OBJ,它指定OBJ使用的材质
Collada(dae)基于XML的格式,被大量3D应用程序、渲染引擎支持
STLSTereoLithography的简写,在快速原型领域被广泛使用。3D打印模型通常使用该格式定义Three.js提供了STLExporter.js,使用它可以把Three.js模型导出为STL格式
CTMopenCTM定义的格式,以紧凑的格式存储基于三角形的Mesh
VTKVisualization Toolkit定义的格式,用于声明顶点和面。此格式有二进制/ASCII两种变体,Three.js仅支持ASCII变体
AWD3D场景的二进制格式,主要被away3d引擎使用,Three.js不支持AWD压缩格式
Assimp开放资产导入库(Open asset import library)是导入多种3D模型的标准方式。使用该Loader你可以导入多种多样的3D模型格式
VRML虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language)是一种基于文本的格式,现已经被X3D格式取代尽管Three.js不直接支持X3D,但是后者很容易被转换为其它格式
Babylon游戏引擎Babylon的私有格式
PLY常用于存储来自3D扫描仪的信息

在项目一开始尝试是使用 dae 文件,后面发现 json 文件更加方便一点,所以最终使用的是 jsonloader 导入 json 文件。json文件可以通过 blender 或者3DsMax 导出,他们都有各自的 export json的插件。在软件中处理好模型贴图和动画以后,导出 json 文件和相应的贴图文件给到前端即可。

var jsonLoader = new THREE.JSONLoader();
 jsonLoader.load('model.json', function (geometry, materials) {
    materials.forEach(function (mat) {         //这里面可以设置材质的各种信息
        mat.skinning = true;
        mat.color = new THREE.Color("rgb(233,203,113)"); //模型颜色
        mat.emissive = new THREE.Color("rgb(110,110,110)");//自发光颜色
    });    var model = new THREE.SkinnedMesh(geometry, new THREE.MeshFaceMaterial(materials));
    model.name = “model name”;
    scene.add(model);    //下面是播放模型中的动画内容
    var sceneAnimationClip = model.geometry.animations[0]    var mixer = new THREE.AnimationMixer(model);
    mixers.push(mixer);    var sceneAnimation = mixer.clipAction(sceneAnimationClip);
    sceneAnimation.play();

});

同理其他类型的文件也可以使用相应的 loader 导入文件,控制其材质信息和动画播放,具体的可以查看官网的 demo。

粒子

THREE.Sprite

在WebGlRenderer渲染器中使用THREE.Sprite创建的粒子可以直接添加到scene中。创建出来的精灵总是面向镜头的。即不会有倾斜变形之类透视变化,只有近大远小的变化。

比如一个纹理为花瓣的粒子示例:

//花瓣的贴图var textureList = [
        __uri("../../img/flower-1.png"),
        __uri("../../img/flower-2.png"),
        __uri("../../img/flower-3.png"),
        __uri("../../img/flower-4.png"),
        __uri("../../img/flower-5.png"),
        __uri("../../img/flower-6.png"),
        __uri("../../img/flower-7.png"),
        __uri("../../img/flower-8.png"),
        __uri("../../img/flower-9.png"),
        __uri("../../img/flower-10.png")]var particles = []; //存储生成的粒子//粒子从Z轴产生区间在-20到20for (var zpos = -20; zpos < 20; zpos += 0.5) {    var texturerain = textLoader.load(textureList[Math.floor(Math.random() * 10)])    var material = new THREE.SpriteMaterial({
            transparent: true,
            opacity: util.getRandomInt(0.7, 1),
            map: texturerain
        }
    );    //生成粒子
    particle = new THREE.Sprite(material);
    particle.name = "particle"
    //随即产生x轴,y轴
    particle.position.x = Math.random() * 100 
    particle.position.y = Math.random() * 100;    //设置z轴
    particle.position.z = zpos;    //将产生的粒子添加到场景
    scene.add(particle);    //将粒子位置的值保存到数组
    particles.push(particle);
}//移动粒子的函数function updateParticles() {    //遍历每个粒子
    for (var i = 0; i < particles.length; i++) {
        particle = particles[i];        //设置粒子向前移动的速度依赖于鼠标在平面Y轴上的距离
        particle.position.y -= i / particles.length / 50;
        particle.position.x -= i / particles.length / 80;        if (particle.position.y < -7) { //溢出视野以后设置回原位置
            particle.position.x = Math.random() * 100 - 50;
            particle.position.y = 7;
        }
    }
   
    }

场景交互

Three.js中并没有直接提供“点击”功能,一开始使用的时候我也觉得一脸懵逼,后来才发现我们可以基于THREE.Raycaster来判断鼠标当前对应到哪个物体,用来进行碰撞检测.

//核心代码var clickObjects = []; //存储哪些 obj 需要交互var _raycaster = new THREE.Raycaster();//射线拾取器var raycAsix = new THREE.Vector2();//屏幕点击点二维坐标var container = null;function onMouseMove(event) {
    event.preventDefault();
    container = document.getElementById("Canvas1");
    raycAsix.x = ( (event.pageX - $(container).offset().left) / container.offsetWidth ) * 2 - 1;
    raycAsix.y = -( (event.pageY - $(container).offset().top) / container.offsetHeight ) * 2 + 1;
    _raycaster.setFromCamera(raycAsix, Camera);    var intersects = _raycaster.intersectObjects(clickObjects);//获取射线上与存储的可被点击物体的集合的交集,集合的第一个物体为距离相机最近的物体,最后一个则为离相机最远的。
    if (intersects.length > 0) {        document.body.style.cursor = 'pointer';        console.log(intersects[0].object.name) //打印导入模型时设置的model name
    } else {        document.body.style.cursor = 'default';
    }
}

其他的交互比如点击事件都是基于此。

动画

场景中如果我们添加了各种 mesh 和模型并给他加入了一些 tweend动画会发现他并不会运动,因为你的场景并没有实时渲染,所以要让场景真的动起来,我们需要用到requestAnimationFrame;关于它的详细使用请大家自行 google,核心代码如下

var requestAnimationFrame = window.requestAnimationFrame
        || window.mozRequestAnimationFrame
        || window.webkitRequestAnimationFrame
        || window.msRequestAnimationFrame; function animate() {    var delta = clock.getDelta();    if (mixers.length > 0) {        for (var i = 0; i < mixers.length; i++) {
            mixers[i].update(delta);
        }
    }    //Renderer即我们实例化的 webglRender 对象;
    updateParticles()
    Renderer.clear();
    Renderer.render(scene, Camera);
    requestAnimationFrame(animate);    //如果有使用 Tween做一些补间动画,也需要在此调用 TWEEN.update();
    TWEEN.update();
}

另外我们如果想自己 K 动画也是可以的,不过我觉得应该没有人这么无聊

jsonLoader.load('../resource/hudie.json', function ( geometry, materials ) {
    materials.forEach(function (mat){
        mat.skinning = true;
        mat.color =  new THREE.Color("rgb(0,255, 0)");
        mat.emissive =new THREE.Color("rgb(255, 0, 255)");
    });    var tracks = [];    //NumberKeyframeTrack(name,times,values),依次去K模型的位置,缩放和旋转
    tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.position', [ 0, 1, 2 ], [ -15,-5,-7,  0, 0, 0, 5,0.3,-9 ] ) );
    tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.scale', [ 0, 1, 2 ], [  0.04, 0.04, 0.04,  0.04, 0.04, 0.04,     0.04, 0.04, 0.04] ) );
    tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.rotation', [ 0, 1, 2 ], [  0, 0.2, 0,  0, 0, 0, 0, 0.2, 0.2 ] ) );    var  model = new THREE.SkinnedMesh(geometry, new THREE.MeshFaceMaterial(materials));
    model.name="蝴蝶";     var clip = new THREE.AnimationClip( 'Action', -1, tracks );     var mixer = new THREE.AnimationMixer( model );
     mixers.push(mixer);
     mixer.clipAction( clip ).play();
     scene.add( model );
} );



网易云免费体验馆,0成本体验20+款云产品! 

更多网易研发、产品、运营经验分享请访问网易云社区


相关文章:
【推荐】 分布式存储系统Kudu与HBase的简要分析与对比

posted @ 2018-09-27 10:50  网易数帆  阅读(972)  评论(0编辑  收藏  举报