Three入门学习笔记整理

• 一、官方网站:https://threejs.org
• 二、关于Three.js
• 三、开始
• 四、实例
  • 基本结构
  • 结果
• 五、概念
  • 坐标系
  • 场景
  • 相机
  • 灯光
  • 3D模型
• 六、简单动画
• 七、交互控制
• 结束

Three入门学习笔记整理

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一、官方网站:https://threejs.org

二、关于Three.js

WebGL是大部分浏览器直接支持的一种3D绘图标准，它可以创建二维图形和应用，还可以充分利用GPU，创建漂亮的、高性能的三维应用。直接使用WebGL非常复杂，Three.js库提供了一套基于WebGL的、非常易用的JavaScrip API，它源自github的一个开源项目，通过这些API可以直接在浏览器中创建三维场景。本文整理了一些入门资料。

三、开始

• 引入
  可以直接在HTML引入Three.js：

<script src="three.js"></script>  

也可以用npm安装：
npm i three
import * as THREE from 'three'

• 使用
  three渲染一个3D场景需要以下必要元素:
  1.场景(Scene)：是物体、光源等元素的容器，要渲染的东西需要先添加进场景；
  2.相机（Camera）：控制视角的位置、范围以及视觉焦点的位置,一个3D环境中只能存在一个相机；
  3.光源（Light）：包括全局光、平行光、点光源；
  4.物体对象（Mesh）：包括二维物体（点、线、面）、三维物体、粒子等；
  5.渲染器（Renderer）：指定渲染方式，如webGLcanvas2DCss2DCss3D等；
  非必要元素：
  控制器(Control)：相机控件，可通过键盘、鼠标控制相机的移动。

四、实例

基本结构

const width = window.innerWidth;  
const height = window.innerHeight;   
var renderer;  
var camera;  
var light;  
var scene;   

function initRender() {
  // 初始化渲染器
  renderer = new THREE.WebGLRenderer({
    antialias: true// 抗锯齿
  });
  renderer.setSize(width, height);  // 设置大小
  renderer.setClearColor(0xffffff, 1.0);  // 设置背景色
  document.body.appendChild(renderer.domElement);  
}

function initScene() {  
  // 初始化场景
  scene = new THREE.Scene();  
}

function initCamera() {  
  // 初始化相机
  camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, width / height, 10, 10000);  // 添加透视相机
  camera.position.set(500, 500, 500); // 设置相机位置  
  camera.up.set(0, 1, 0);  // 相机以哪个轴为上方
  camera.lookAt(0, 0, 0);  // 相机焦点设置
}

function initLight() {  
  // 初始化灯光
  light = new THREE.DirectionalLight({ color: 0xffffff });  // 添加平行光
  light.position.set(1, 0, 0); // 光的方向(x,y,z) 
  scene.add(light);  
  let pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff);  // 添加点光源  
  pointLight.position.set(100, 100, 100);  // 点光源的位置
  scene.add(pointLight);  
  let pointHelper = new THREE.PointLightHelper(pointLight, 5, 0xff0000);  // 设置点光源辅助工具,可以看到点光源的位置  
  scene.add(pointHelper);
}

function initObject() {  
  // 初始化物体
  let geometry = new THREE.CylinderGeometry(100, 100, 300, 100, 100); // 添加一个圆柱体
  let material = new THREE.MeshLambertMaterial({
	color: 0xffff00
  }); // 添加材料
  // material.wireframe=true; // 圆柱体是否以网格显示
  mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
  mesh.position.set(0, 0, 0);
  scene.add(mesh);
}

function initAxes() {
// 添加辅助坐标轴
  let axes = new THREE.AxesHelper(1000);// 蓝色为Z轴，绿色为Y轴，红色为X轴
  scene.add(axes);
}

function threeStart() {  
  initRender();  
  initScene();  
  initCamera();  
  initLight();  
  initAxes();  
  initObject();  
  renderer.clear();
  renderer.render(scene, camera);
}

window.onload = function () {  
  threeStart();  
};  

结果

五、概念

坐标系

three.js中采用的是右手坐标系，坐标轴方向主要是camera.up.set(x, y, z);设置。也就是说在相机眼里（其实就是我们看的角度）哪个轴向上。理解坐标系很重要，详情请看three右手坐标系讲解。

场景

物体、光源、控制器的添加必须使用secen.add(object)添加到场景中才能渲染出来。

var scene;
function initScene(){
  scene=new THREE.Scene();
}

相机

正交投影相机：
THREE.OrthographicCamera(left, right, top, bottom, near, far) // 大小不因远近而变化
透视投影相机：
THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far) // 遵循近大远小的空间规则

一般情况下，我们使用的是透视投影相机，其参数为：

fov：垂直方向夹角(视角)
aspect：可视区域长宽比 width/height
near：渲染区域离摄像机最近的距离
far：渲染区域离摄像机最远的距离，仅在距离摄像机near和far间的区域会被渲染到canvas中

相机的位置设置：
camera.position.set(x,y,z)或camera.position = new THREE.Vector3(x, y, z);
控制相机的焦点位置，决定相机的朝向
camera.lookAt(0, 0, 0);
添加相机辅助工具来查看相机的位置

灯光

全局光：THREE.AmbientLight，影响整个scene的光源，一般是为了弱化阴影或调整整体色调，可设置光照颜色，以颜色的明度确定光源亮度；
平行光：THREE.DirectionalLight，模拟类似太阳的光源，所有被照射的区域亮度是一致的，可设置光照颜色、光照方向（通过向量确定方向），以颜色的明度确定光源亮度；
点光源：THREE.PointLight，单点发光，照射所有方向，可设置光照强度，光照半径和光颜色；
聚光灯：THREE.SpotLight，这种光源有聚光的效果，类似于台灯，吊灯，手电筒。
最简单的用法：

function initLight() {  
  light = new THREE.DirectionalLight({ color: 0xffffff }); // 创建白色平行光  
  light.position.set(1, 0, 0); // 平行光只需设置方向向量，其他光源需要设置具体位置
  scene.add(light);  
}

光影关系可以显著影响显示效果。参考资料：https://www.cnblogs.com/amy2011/p/5761174.html

3D模型

我们可以用three自由地创建一些点、线、面和几何体。或者加载一些已经做好的3D模型，three更新的很快，目前支持大部分格式的3D模型，以后会越来越多。

function initObject() {
  // 添加一个圆柱体
  let geometry = new THREE.CylinderGeometry(100, 100, 300, 100, 100);
  let material = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xffff00 });
  mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
  mesh.position = new THREE.Vector3(0, 0, 0);
  scene.add(mesh);
}

CylinderGeometry是柱体，控制底面边的数量可以得到近似的圆柱体，还可以创建正方体、球、环、文字等已经设定好的几何体。如果库里没有需要的，可以自己创建自定义几何体。

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function initCar() {  
  // 加载一个外部.obj汽车模型
  let mtlLoader = new THREE.MTLLoader();  
  mtlLoader.load('../../../3Dmodel/Lamborghini/Avent.mtl', (materials) => {  
    // 加载材料
    materials.preload();  
    let objLoader = new THREE.OBJLoader();  
    objLoader.setMaterials(materials);  
    objLoader.load('../../../3Dmodel/Lamborghini/Avent.obj', (object) => {// 加载模型  
        object.scale.set(80, 80, 80); // 放大倍数  
        scene.add(object);  
      }, (suc) => { console.log(((suc.loaded / suc.total) * 100) + '% OBJloaded'); }, (err) => { console.log(err); }  
    );  
  }, (suc) => { console.log(((suc.loaded / suc.total) * 100) + '% MTLloaded'); }, (err) => { console.log(err); });  
}

three.js加载外部文件需要用“loader系列”方法，通过这些方法可以加载.obj、.json、.dae等格式的模型(点击查看不同格式的模型之间的差异及优劣）。

像这种将一张图片当作一个平面的，要用Texture加载材质（纹理）。参考资料

六、简单动画

• 动画
  动画有两种方式，一种是让图像动，另一种是让相机动。
  一个简单的旋转：

    function animate() {
      var v1 = new THREE.Vector3( 1, 1, 1 );
      meshAll.rotateOnAxis(v1,0.01);
      mesh.rotation.z -= 0.01;
      requestAnimationFrame(animate);
      renderer.render(scene,camera);
      stats.update();
    }
  

• 性能检测
  为了监控帧率，引用Stats插件来监控动画的帧率
  

    <script src="Stats.js"></script>
    ……
    function initStats() {  
      stats = new Stats();  
      stats.domElement.style.position = 'absolute';  
      stats.domElement.style.top = '0px';  
      stats.domElement.style.left = '0px';  
      document.body.appendChild(stats.domElement);  
    }
  

七、交互控制

• dat.gui
  
  资料：https://www.cnblogs.com/xiaoniuzai/p/6685556.html

• 其它插件
  three自己也提供了很多插件来控制，例如OrbitControls，详情请看官网！
  

    function initControl() {
      controls = new THREE.OrbitControls(camera);
      // controls.enabled = false;// boolean,禁用控制器
      // controls.enableKeys = false; // boolean,禁用键盘
      // controls.autoRotate = true; // boolean,是否自动旋转,所有的旋转都是绕着场景中心旋转，不是原点
      // controls.autoRotateSpeed = 2; // Number,自动旋转速度
      controls.enableDamping = true; // boolean, 开启后有缓冲效果，具有物理的阻力感
      controls.dampingFactor = 0.3; // Float, 阻尼系数(0~1)，数值越低，阻力越小
      // controls.enablePan = false; // boolean,禁止平移
      // controls..panSpeed = 0.5; // 平移速度
      // controls.enableRotate = false; // boolean,禁止旋转
      // controls.enableZoom = false; // boolean,禁止远近拉伸
      // controls.zoomSpeed = 0.1;// 鼠标滚动一个单位时拉伸幅度
      // controls.rotateSpeed = 0.5;// 旋转速度
      // controls.keyPanSpeed = 0.5; // Float, 用键盘平移的速度
      // controls.keys = {
      //   LEFT: 65,
      //   RIGHT: 68,
      //   UP: 87,
      //   BOTTOM: 83
      // }; // 键盘编码
      // controls.minAzimuthAngle = 0 * Math.PI; // 水平方向最小角度
      // controls.maxAzimuthAngle = 0.5 * Math.PI; // 水平方向最大角度，当Z轴向上时，从Z轴正方向往下看，逆时针90度
      // controls.minDistance = 500; // 相机离物体最近距离
      // controls.maxDistance = 600; // 相机离物体最远距离
      // controls.minPolarAngle = 0 * Math.PI;// 上下两极的可视区域最小角度
      // controls.maxPolarAngle = 0.5 * Math.PI;// 上下两极的可视区域最大角度，Z轴向上，从屏幕正上方往下90度
      // controls.mouseButtons = {
      //   ORBIT: THREE.MOUSE.LEFT,
      //   ZOOM: THREE.MOUSE.MIDDLE,
      //   PAN: THREE.MOUSE.RIGHT
      // }; // 鼠标键位设置
      // controls.screenSpacePanning = false; // boolean,false时只能在不是向上轴的方向移动。比如相机Z轴向上，那么物体只能在XY平面内移动
      // controls.target = new THREE.Vector3(300, 200, 0); // 相机聚焦坐标
    }  
  

结束

一个练习demo：一个采用 Three.js 的 3D 动画场景制作：飞行者
这些只是入门资料整理，如果想做出官网展示的那些demo，还要自己下功夫钻研！让我们一起快乐地学习吧！