ThreeJs 基础入门

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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)

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

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

几何图形

2D

3D

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

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 );
} );

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