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three.js初探，立体几何入手（一）

hsprout 2017-11-20 11:46 原文

 

前言：首先先推荐一篇博客，关于webgl原理，讲的非常之通俗易懂了 图解WebGL&Three.js工作原理  webGL可以理解为openGL ES2.0

（webGL2.0 - openGL ES3.0）的javascript绑定。所以实现的语言是javascript和opengl(最常用的跨平台图形库)着色语言，webgl是

HTML5中提出的新技术，是一种3D绘图标准。

three.js是以webgl为基础的库，封装了一些3D渲染需求中重要的工具方法与渲染循环。WebGL门槛相对较高,Three.js对WebGL提供的接

口进行了非常好的封装，简化了很多细节，大大降低了学习成本

我们可能还听说过一个D3.js(Data-Driven Documents),是一个数据可视化的库,技术基础是SVG。兼容性是IE9+,官网（http://d3js.org）,

从官网的example中可以看出，它跟3d视图还是不同的。

我们只需要从官网上下载一个three.js，然后用script标签引入即可。

首先注意的一点是，我们在页面上并不需要一个canvas标签，只需要一个盛放canvas的容器就行，canvas是three.js动态生成的。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>01.01 - WebGLRenderer - Skeleton</title>
    <script src="../libs/three.js"></script>
    <style>

        #canvas3d{
            width:800px;
            height:450px;
            margin:100px auto;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div id="canvas3d"></div>
</body>
</html>

　　threejs里最重要的几个元素，如下：

<script>
    var renderer;   //渲染器
    var scene;　　　//场景
    var camera;    //相机
    var light;　　  //光源
    var cube;      //物体
</script>

　1，生成3d渲染器,设置渲染器的宽高和背景色，（通常我们可以直接获取页面上画布的宽高，便于嵌入改动）

renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias:true}); //生成渲染器对象（antialias属性：抗锯齿效果为设置有效）
renderer.setClearColor(0x333333, 1.0); 
//renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); 
renderer.setSize('800', '450');

2，设置一个场景，也就是一个三维空间，用 [Scene] 类声明一个叫 [scene] 的对象。

scene = new THREE.Scene();

3，设置一个摄像机camera,

OpenGL（WebGL）中、三维空间中的物体投影到二维空间的方式中，存在透视投影和正投影两种相机。 透视投影就是、从视点开始越近的物体越大、远处的物体绘制的较小的一种方式、和日常生活中我们看物体的方式是一致的。 正投影就是不管物体和视点距离，都按照统一的大小进行绘制、在建筑和设计等领域需要从各个角度来绘制物体，因此这种投影被广泛应用。在 Three.js 也能够指定透视投影和正投影两种方式的相机。

正交投影与透视投影的区别如上图所示，左图是正交投影，物体发出的光平行地投射到屏幕上，远近的方块都是一样大的；右图是透视投影，近大远小，符合我们平时看东西的感觉。 

camera坐标系

Three中使用采用常见的右手坐标系定位。

// 四个参数分别代表了摄像机的视角、宽高比、近和远两个视截面。
//设置透视投影的相机,默认情况下相机的上方向为Y轴，右方向为X轴，沿着Z轴朝里（视野角：fov 纵横比：aspect 相机离视体积最近的距离：near 相机离视体积最远的距离：far）
camera = new THREE.PerspectiveCamera(90, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
// position and point the camera to the center of the scene
camera.position.x = 20;
camera.position.y = 18;
camera.position.z = 35;
camera.lookAt(scene.position); //设置视野的中心坐标

4,设置光源light

OpenGL（WebGL）的三维空间中，存在点光源和聚光灯两种类型。 而且，作为点光源的一种特例还存在平行光源(无线远光源)。另外，作为光源的参数还可以进行 [环境光] 等设置。 作为对应， Three.js中可以设置 [点光源(Point Light)] [聚光灯(Spot Light)] [平行光源(Direction Light)]，和 [环境光(Ambient Light)]。 和OpenGL一样、在一个场景中可以设置多个光源。 基本上，都是环境光和其他几种光源进行组合。 如果不设置环境光，那么光线照射不到的面会变得过于黑暗.

//设置light
light = new THREE.DirectionalLight(0xff0000, 1.0, 0);  //设置平行光
light.position.set( 200, 200, 200 );    //设置光源向量
scene.add(light);  // 追加光源到场景

5，设置物体 object

在three.js中，我们使用Mesh模型，Mesh的构造函数是这样的：Mesh( geometry, material ) geometry是它的形状，material是它的材质。 三维模型通常用三角形的网格来描述

对于图中的兔子，随着三角形数量的增加，它的表面越来越平滑/准确

我们这里是一个立方体 cube

var cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(20, 10, 15，2,3,1); //设置长宽高 以及对应长宽高的分段，在使用线模式({wireframe:true})进行渲染的时候可以看到效果
var cubeMaterial = new THREE.MeshNormalMaterial({wireframe : true});  //材质
cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
var border = new THREE.EdgesHelper( cube,0xffff00 );  //添加边框
scene.add(cube);
scene.add(border);

6,最后一步，进行渲染

//将渲染器的元素添加到页面中
document.getElementById('canvas3d').appendChild(renderer.domElement);
renderer.render(scene, camera);

完整的代码已经上传到github上： github(three-one)  如果你觉得我写的对你有所帮助的话，请给我个star吧，谢谢

　最后的效果图如下：

在上面的学习基础上，我们继续深入的探究一下，如何给3d视图添加动画，纹理等；

1，首先我们在上面的基础上，添加多个立体几何图形

//立方体
var cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(15,15,15,1,1,1);
var cubeMaterial = new THREE.MeshNormalMaterial({wireframe : true});  //材质

cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
var border = new THREE.EdgesHelper( cube,0xffff00 );  //添加边框
scene.add(cube);
scene.add(border);

//圆柱体
var cylinderGeometry = new THREE.CylinderGeometry(8, 8,10,30,30);
var cylinderMaterial = new THREE.MeshNormalMaterial();
var cylinder = new THREE.Mesh(cylinderGeometry,cylinderMaterial);
cylinder.position.x = -10;
cylinder.position.y = -5;
cylinder.position.z = 25;
cylinder.castShadow = true;
scene.add(cylinder);

//球体
var sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(7, 25, 25);
var sphereMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x7777ff});
var sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMaterial);

// position the sphere
sphere.position.x = 0;
sphere.position.y = 0;
sphere.position.z = 0;
sphere.castShadow = true;

// add the sphere to the scene
scene.add(sphere);

//圆环
var torusGeometry = new THREE.TorusGeometry(10,3,20,20);
var torusMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial();
var tours = new THREE.Mesh(torusGeometry,torusMaterial);
tours.position.x = 10;
tours.position.y = -10;
tours.position.z = -40;
tours.castShadow = true;

scene.add(tours);我们通过position属性　

调整立体几何在scene中的位置（x,y,z）

创建几何体时有一点强调的是，对于参数的设置，例如创建圆环的时候，

THREE.TorusGeometry(10,3,20,20)
我们第三四个参数分割比的值越大，立体几何中拼凑的平面图形就越多，立体几何就越圆滑，就是上一篇博客中兔子的那个原理。

2，添加动画

我们要针对每个几何体添加不同的动画，所以就需要为每个几何体添加一个name属性来指定，比如：

cube.name = 'cube';

cylinder.name = 'cylinder'；

然后在render函数中，用getObjectByName获取到对应的几何体，用setInterval的思想原理，通过requestAnimationFrame函数使得几何体动起来

scene.getObjectByName('cube').rotation.x += control.rotationSpeed;
scene.getObjectByName('cube').scale.set(control.scale, control.scale, control.scale);

scene.getObjectByName('cylinder').rotation.z += control.rotationSpeed2;

scene.getObjectByName('tours').rotation.z += 0.05;
requestAnimationFrame(render);

　　

3，stats性能插件

stats.js用于对JavaScript进行性能检测。

我们创建一个createStats的函数，然后在init初始化中调用它

function createStats() {
    var stats = new Stats();
    stats.setMode(0);

    stats.domElement.style.position = 'absolute';
    stats.domElement.style.left = '0px';
    stats.domElement.style.top = '5px';

    return stats;
}

需要特别注意的一点是，我们需要在render函数中不断的更新stats显示

stats.update();　

dat.gui.js用于创建菜单栏，可以用来控制场景中的各个参数来调试场景。

function addControls(controlObject){
        var gui = new dat.GUI();
        gui.add(controlObject,'rotationSpeed',-0.1,0.1);
        gui.add(controlObject, 'scale', 0.01, 2);

        gui.add(controlObject, 'rotationSpeed2', -0.1, 0.1);
}　

创建addControls函数，然后在init初始化函数中设置默认值，并调用这个函数

control = new function (){
    this.rotationSpeed = 0.005;
    this.scale = 1;

    this.rotationSpeed2 = 0.05;
}
addControls(control);

4，添加纹理

这个首先注意的就是图片应该是异步获取的，所以你可以放在本地的apache中，也可以自己用nodejs非常方便的搭建一个服务器，不然的话，他就会报错，跨域了。

var texture = new THREE.ImageUtils.loadTexture("http://10.1.26.29:84/Brick-2399.jpg");
torusMaterial.map = texture;

最后的效果图如下：

　

完整的代码：github(threejs-two)  如果你觉得我写的对你有帮助的话，请给我个star吧，谢谢，我会继续更新下去的

 

 

5，最后，从完整的代码中，我们可以看出，关于材质，我们也是调用了不同的函数，这里总结一下材质

材质种类： 
MeshBasicMaterial：为几何体赋予一种简单的颜色，或者显示几何体的线框 
MeshDepthMaterial：根据网格到相机的距离，该材质决定如何给网格染色 
MeshNormalMaterial：根据物体表面的法向量计算颜色 
MeshFaceMaterial：这是一种容器，可以在该容器中为物体的各个表面上设置不同的颜色 
MeshLambertMaterial：考虑光照的影响，可以创建颜色暗淡，不光亮的物体 
MeshPhongMaterial：考虑光照的影响，可以创建光亮的物体 
ShaderMaterial：使用自定义的着色器程序，直接控制顶点的放置方式，以及像素的着色方式。 
LineBasicMaterial：可以用于THREE.Line几何体，从而创建着色的直线 
LineDashedMaterial：类似与基础材质，但可以创建虚线效果

（1）MeshBasicMaterial：不考虑光照的影响。

属性：

color 
wireframe 
wireframeLinewidth 
wireframeLinecap：线段端点如何显示。可选值有：butt（平）、round、square。默认是round。WebGLRenderer对象不支持该属性。 
wireframeLinejoin：线段连接点如何显示。可选值有：round、bevel（斜角）、miter（尖角）。默认是round。WebGLRenderer对象不支持属性。 
shading：着色模式。可选值：THREE.SmoothShading、THREE.FlatShading。 
vertexColors：为每个顶点定义不同的颜色。在CanvasRenderer对象中不起作用。 
fog：指示当前是否会受全局雾化效果设置的影响。

两种设置属性的方式： 

//1.构造函数
var meshMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color:0xffccff});
//2属性
meshMaterial.visible = false;

（2）MeshDepthMaterial

使用这种材质的物体，其外观不是由光照或某个材质属性决定的；而是由物体到相机的距离决定的。可以将这种材质与其他材质相结合，从而很容易创建逐渐消失的效果。

只有两个控制线框的属性： 
wireframe 
wireframeLinewidth

可以通过设置相机的near和far的值，来控制创建中使用这种材质的物体的消失速度。如果near和fat之间的差值越大，那么物体远离相机时，只会稍微消失一点；反之，物体消失的效果非常明显。

var cubeMaterial = new THREE.MeshDepthMaterial();
var colorMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00,transparent:true,blending:THREE.MultiplyBlending});

var cube = new THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject(cubeGeometry,[colorMaterial,cubeMaterial]);

cube.children[1].scale.set(0.99,0.99,0.99);//避免渲染遮挡而造成的闪烁

（3）MeshNormalMaterial

法向量的作用： 决定光的发射方向、在计算光照、阴影时提供信息、为物体表面上色。法向量所指的方向决定每个面从MeshNormalMaterial材质获取的颜色。

属性： 
wireframe 
wireframeLinewidth 
shading

for(var f = 0 , f1 = sphere.geometry.faces.length; f < f1 ; f++){
    var face = spere.geometry.faces[f];
    var arrow = new THREE.ArrowHelper(face.normal,face.centroid,2,0x3333ff);
    spere.add(arrow);
}

　　在球体的每个面上添加了一个长度为2，颜色为0x3333ff的箭头

（4）MeshFaceMaterial

可以为几何体的每一个面指定不同的材质。

假设有一个正方体，可以为每个面指定不同的颜色。

var matArray = [];
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));
matArray.push(new THREE.MeshBasicMaterial({color:0x00ff00}));

var faceMaterial = new THREE.MeshFaceMaterial(matArray);

var cubeGeometry = new THREE.CubeGeometry(3,3,3);
var cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry,faceMaterial);

（5）MeshLambertMaterial

对光源有反应。

基本属性： 
color、opacity、shading、blending、depthTest、depthWrite、wireframe、wireframeLineWith、wirefLinecap、wireframeLinejoin、vertexColors、fog。

独特属性：

ambient：和AmbientLight光源一起使用。该颜色会与AmbientLight光源的颜色相乘。默认是白色。 
emissive：该材质发射的属性。不像是光源，只是一种纯粹的、不受其他光照影响的颜色。默认是黑色。

（6）MeshPhongMaterial

基本属性： 
color、opacity、shading、blending、depthTest、depthWrite、wireframe、wireframeLineWith、wirefLinecap、wireframeLinejoin、vertexColors、fog。

独特属性：

ambient 
emissive 
specular：指定该材质的光亮程度及其高光部分的颜色。如果将他设置成跟color属性相同的颜色，将会得到一种更加类似金属的材质。如果设置为灰色，材质将变得更像塑料。 
shininess：指定高光部分的亮度。默认是30.

（7）ShaderMaterial 

属性： 
wireframe 
wireframeLinewidth 
shading 
vertexColor 
fog：指示当前是否会受全局雾化效果设置的影响。

独特属性：

fragmentShader：定义每个传入的像素的颜色。 
vertexShader：允许你修改每一个传入的顶点的位置 
uniforms：该属性可以向你的着色器发送消息。将同样的信息发送到每一个顶点和片段。 
defines：该属性可以转换为vertexShader和fragmentShader里的#define代码。该属性可以用来设置着色器程序里的一些全局变量。 
attributes：该属性可以修改每个顶点和片段。常用来传递位置数据和法向量相关的数据。如果要用这个属性，辣么你要为几何体中的所有顶点提供信息。 
lights：定义光照数据是否传递给着色器。默认是false。

独特属性：

fragmentShader：定义每个传入的像素的颜色。 
vertexShader：允许你修改每一个传入的顶点的位置 
uniforms：该属性可以向你的着色器发送消息。将同样的信息发送到每一个顶点和片段。 
defines：该属性可以转换为vertexShader和fragmentShader里的#define代码。该属性可以用来设置着色器程序里的一些全局变量。 
attributes：该属性可以修改每个顶点和片段。常用来传递位置数据和法向量相关的数据。如果要用这个属性，辣么你要为几何体中的所有顶点提供信息。 
lights：定义光照数据是否传递给着色器。默认是false。

（8）LineBasicMaterial

基本属性：

color 
lineWidth 
LineCap：butt、round、square。默认是round。WebGLRenderer不支持该属性。 
LineJoin：round、bevel（斜切）、miter（尖角）。默认是round。WebGLRenderer不支持该属性。 
vertexColors：该属性值设置为 THREE.VertexColors值时，就可以为每个顶点指定一种颜色。 
fog：指定当前物体是否受全局雾化效果的影响。

（9）LineDashedMaterial

和LineBasicMaterial有着一样的属性，但是有几个额外的属性，可以用来定义短划线长度和短划线中间空格长度的属性。

独特属性： 
scale：缩放dashSize和gapSize。如果scale<1，则dashSize和gapSize就会增大。 
dashSize：短线划的长度 
gapSize：间隔的长度

　

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