threejs实现3d全景看房

背景

随着电商时代的发展，网上购物的方式已经成为主流，良好的购物体验已经显得极为重要。展示给用户的视觉效果便不能仅仅局限于2D视觉效果，全方位的3D立体展示效果能让用户对商品进行 360度无死角的认识了解。丰富多彩的三维世界大门早已敞开，一起进去看看吧！

认识threejs

three.js就是使用 javascript 来写的，基于原生 WebGL 封装运行的三维引擎，运行在浏览器上的3D程序。WebGL 是在浏览器中实现三维效果的一套规范。与我们而言，three.js 相当于简化了 WebGL 的操作，让我们在不懂计算机图形学，只理解 three.js 的一些基本概念的条件下也能够轻松进行web 3D开发。在所有WebGL引擎中，Three.js 是国内文资料最多、使用最广泛的三维引擎。

通过 can i use 查询可知，现在的主流浏览器都已支持webGL

安装与使用

    // cod引用
    <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/87/three.js"></script>
    // npm 安装使用
    npm install three
    // 引用
    import * as THREE from 'three'

3D世界的三剑客

在threejs中，渲染一个3d世界的必要因素是场景（scene）、相机（camera）、渲染器（renderer）, 我将他们称之为 threejs 3D世界的三剑客。有了这三样东西，才能将物体渲染到网页中去。

场景（scene）

场景是一个三维空间, 所有物品的容器。相当于世界, 我们所创造的所有物体光源等都必须添加到场景中才能生效或可见。

在threejs中,场景是右手坐标系, 把右手放在原点的位置，使大拇指，食指和中指互成直角，把大拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向时，中指所指的方向就是z轴的正方向。

创建场景

    const scene = new THREE.Scene()

相机（camera）

相机决定了场景中那个角度的景色会显示出来。相机就像人的眼睛一样，人站在不同位置，抬头或者低头都能够看到不同的景色。

值得注意的是场景只有一种，但是相机却有很多种。和现实中一样，不同的相机确定了呈相的各个方面。比如有的相机适合人像，有的相机适合风景，专业的摄影师根据实际用途不一样，选择不同的相机。对程序员来说，只要设置不同的相机参数，就能够让相机产生不一样的效果。

常用的是正交投影相机和透视相机。

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透视相机

透视相机是模拟人眼的视觉，近大远小（透视）

创建透视相机

    const camera = new THREE.PerspectiveCamera( 45, width / height, 1, 1000 );

相机参数
PerspectiveCamera( fov : Number, aspect : Number, near : Number, far : Number ) fov — 摄像机视锥体垂直视野角度 aspect — 摄像机视锥体长宽比 near — 摄像机视锥体近端面 far — 摄像机视锥体远端面 只有离相机的距离大于near值，小于far值，且在相机的可视角度之内，才能被相机投影到。

正交投影相机

无论物体距离相机距离远或者近，在最终渲染的图片中物体的大小都保持不变。我们所所熟知的三视图就是很典型的正交投影模式，多运用与工程制图

创建正交投影相机

    const camera = new THREE.OrthographicCamera( width / - 2, width / 2, height / 2, height / - 2, 1, 1000 );

相机参数
OrthographicCamera( left : Number, right : Number, top : Number, bottom : Number, near : Number, far : Number ) left — 摄像机视锥体左侧面。 right — 摄像机视锥体右侧面。 top — 摄像机视锥体上侧面。 bottom — 摄像机视锥体下侧面。 near — 摄像机视锥体近端面。 far — 摄像机视锥体远端面。

渲染器（renderer）

渲染器决定了渲染的结果应该画在页面的什么元素上面，并且以怎样的方式来绘制

    var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

渲染器renderer的domElement元素，表示渲染器中的画布，所有的渲染都是画在domElement上的，所以这里的appendChild表示将这个domElement挂接在body下面，这样渲染的结果就能够在页面中显示了。

世界雏形

    // 初始化场景
    const scene = new THREE.Scene()

    // 初始化透视相机
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000)

    // 设置相机位置
    camera.position.z = 5

    // 初始化渲染器, 并将画布添加到页面元素中
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer()
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight)
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // 渲染场景和相机
    renderer.render(scene, camera)

造物

在计算机世界里，3D世界是由点组成，两个点能够组成一条直线，三个不在一条直线上的点就能够组成一个三角形面，无数三角形面就能够组成各种形状的物体。我们通常把这种网格模型叫做Mesh模型。给物体贴上皮肤，或者专业点就叫做纹理，那么这个物体就活灵活现了。最后无数的物体就组成了我们的3D世界。

而网格（mesh）又是由几何体（geometry）和材质（material）构成的

几何体（geometry）

几何体就像物体的血肉,决定了物体长什么样子。

    // 添加立方体
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10)

    // 创建物体
    var mesh = new THREE.Mesh( geometry)

    // 将物体添加到场景中
    scene.add(mesh)

材质（material）

材质就像物体的皮肤，决定了几何体的外表, 不同的材质渲染出不同的效果, 比如一个几何体看起来是否像金属、透明与否、或者显示为线框。

部分材质受光源影响，仅在光源下可见

    // 添加立方体
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10)

    // 创建材质
    material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xFF0000 })

    // 创建物体
    var mesh = new THREE.Mesh( geometry, material)

    // 将物体添加到场景中
    scene.add(mesh)

渲染循环

调用requestAnimationFrame方法对整个场景进行实时渲染

    // 渲染
    const render = () => {
        renderer.render(scene, camera)
        requestAnimationFrame(render)
    }
    render()

轨道控制器（OrbitControls）

使用控制器实现移动、改变视角等效果

    import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls'
    const container = renderer.domElement
    // 添加控制器
    const controls = new OrbitControls(camera, container)
    // 启用惯性
    controls.enableDamping = true
    // 相机向外移动极限
    controls.maxDistance = 4.5

在加入渲染循环和轨道控制器之后，为了展示效果更明显，我们将6个面涂上不同的颜色

    const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10)
    const colors = [
        { color: 0xff0000 },
        { color: 0x00ff00 },
        { color: 0x0000ff },
        { color: 0xff00ff },
        { color: 0xffff00 },
        { color: 0x00ffff }
    ]
    const material = []
    // 将6个面涂上不同的颜色
    for(let i=0, len=colors.length; i<len; i++) {
        material.push(new THREE.MeshBasicMaterial(colors[i]))
    }
    // 创建物体
    var mesh = new THREE.Mesh( geometry, material)

    // 将物体添加到场景中
    scene.add(mesh)

3D全景房

根据我的了解目前常用于实现全景看房效果的有两种，分别纹理贴图和3D建模。

纹理贴图类全景看房又分为 天空盒贴图 和 全景图片贴图

天空盒贴图

天空盒的原理是将我们所处的场景看成是有前后、左右、上下6个面组成的，将我们所看到的这6个面的视觉镜像处理成图片，将其分别以纹理的形式添加到立方体中，这时，我们如果立身于这个立方体中，即可还原当时场景。

使用.TextureLoader()加载图片，转化为纹理，通过属性map设置材质纹理。就实现了简单的纹理加载。

    // 添加立方体
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10)
    // 左右、上下、后前
    const urls = [
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/3e532822bd445485d27677ca55a79b10.jpg?proportion=1',
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/cebf6fbcafdf4f5c945e0881418e34ec.jpg?proportion=1',
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/273081d1896fc66866842543090916d3.jpg?proportion=1',
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/8747f61fd2215aa748dd2afb6dce3822.jpg?proportion=1',
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/c34262935511d61b2e9f456b689f5c1c.jpg?proportion=1',
        'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220620/722d2bf88f6087800ddf116511b51e73.jpg?proportion=1'
    ]
    const boxMaterial = []

    urls.forEach((item) => {
        // 纹理加载
        const texture = new THREE.TextureLoader().load(item)
        // 通过旋转修复天花板和地板
        if (item == '4_u' || item == '4_d') {
        texture.rotation = Math.PI
        texture.center = new THREE.Vector2(0.5, 0.5)
        }
        // 创建材质
        boxMaterial.push(new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture }))
    })
    const house = new THREE.Mesh(geometry, boxMaterial)
    house.geometry.scale(1, 1, -1)
    scene.add(house)

效果如下

全景图片贴图

全景图贴图就是使用一张鱼眼全景图片以纹理的形式添加到球体上，如地球仪。

    const url = 'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220621/6bd594e62ea5654c03d7b82718443751.png?proportion=1.99'
    const geometry = new THREE.SphereGeometry(5, 32, 32)
    const texture = new THREE.TextureLoader().load(url)
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture })
    const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material)
    sphere.geometry.scale(1, 1, -1)
    scene.add(sphere)

效果如下

房屋模型

相对于贴图的使用，模型的使用相对简单，只需引入相应的模型加载器，就能得到模型对象，直接添加到场景中就可以了。然而建模的成本相对较高，本次使用的模型是使用blender软件简单制作而成。

    // 引入FBX模型解析器
    import { FBXLoader } from 'three/examples/jsm/loaders/FBXLoader'

    // 加载模型并添加到场景中
    loadRoomModel() {
        const loader = new FBXLoader()
        loader.load('/assets/untitled.fbx', (fbx) => {
            console.log('fbx---', fbx)
            // 缩放倍数
            fbx.scale.set(0.01, 0.01, 0.01)
            scene.add(fbx)
        })
    }

我们已经想场景中添加了房屋模型，然而此时却看不到房屋，因为创建房屋模型所选用的材质是 MeshPhongMaterial 材质（一种用于具有镜面高光的光泽表面的材质），仅在光源条件下可见，所以我们需要添加光源。

灯光

THREE.Light只是其他所有光源的基类，要让光源除了具有颜色的特性之外，我们需要其他光源。

本次使用 HemisphereLight（半球光）HemisphereLight，能更好的创建出更加贴切⾃然的户外光照效果

    addLight() {
        // 添加半球光源 -- 户外效果
        const light = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0x444444)
        light.position.set(0, 200, 0)
        scene.add(light)
    }

在添加光源后，我们的房屋模型就可见了，斯是陋室，惟吾德馨

串门

要实现串门的功能，我们需要添加可以实现交互的元素。这里我们使用Sprite（精灵模型）

Sprite（精灵模型）

Sprite的特点是无论旋转到什么角度，sprite所制作的元素都是正对着相机，可以理解为像向日葵始终正面朝向相机。

    createSprite() {
        const url = 'https://cdn.huodao.hk/upload_img/20220621/1eca2b6efe7aab01d42ca45345f46a90.png?proportion=0.98'
        const texture = new THREE.TextureLoader().load(url)
        const material = new THREE.SpriteMaterial({ map: texture })
        const sprite = new THREE.Sprite(material)
        
        // 设置大小、位置、内容
        sprite.scale.set(0.5, 0.5, 0.5)
        sprite.position.set(0.4, 0, -4.5)
        
        // 加入场景中
        scene.add(sprite)
    }

加入sprite之后效果如下

Raycaster（光线投射）

在3D空间要想点击我们上面创建的精灵模型, 要用到Raycaster（光线投射）, 原理就是在你鼠标点击的位置发射一根射线，被这根射线射中的物体都被记录下来。然后在根据被记录下来的物体去判断点中的物体。

在光线投射之前，我们要做以下几步

1. 获取鼠标在屏幕的坐标
2. 屏幕坐标转标准设备坐标
3. 标准设备坐标转世界坐标

根据世界坐标和相机生成：射线投射方向单位向量，再根据射线投射方向单位向量创建射线投射器对象

    GoToRoom(e) {
        e.preventDefault()
        const { clientX, clientY } = e
        const dom = renderer.domElement
        // 拿到canvas画布到屏幕的距离
        const domRect = dom.getBoundingClientRect()
        // 计算标准设备坐标 - 归一化设备坐标
        const x = ((clientX - domRect.left) / dom.clientWidth) * 2 - 1
        const y = -((clientY - domRect.top) / dom.clientHeight) * 2 + 1
        const vector = new THREE.Vector3(x, y)
        // 转世界坐标
        const worldVector = vector.unproject(camera)
        console.log('世界坐标', worldVector)
        // 向量相减，并获取单位向量
        const ray = worldVector.sub(camera.position).normalize()
        // 射线投射对象， 第一个参数是射线原点 第二个参数是射线方向
        const raycaster = new THREE.Raycaster(camera.position, ray)
        raycaster.camera = camera

        //返回射线选中的对象 //第一个参数是检测的目标对象 第二个参数是目标对象的子元素
        const intersects= raycaster.intersectObjects(scene.children)

        if (intersects.length > 0) {
            console.log("捕获到对象", intersects);
            const intersect = intersects[0]
            if (intersect.object?.type == "Sprite" && intersect.object?.content?.isComeAround) {
            // 清除当前房间和精灵模型
            scene.remove(sphere)
            scene.remove(sprite)
            if (intersect.object?.content?.to == '小明家') {
                cube = cube || this.createCube()
                scene.add(cube)
            }
            }
        }else{
            console.log("没捕获到对象"); 
        }
    },
    initEvent() {
        window.addEventListener('click', this.GoToRoom)
    }

效果如下

遇到问题

1. 在vue2中，定义三剑客全局变量时，不建议放到data中，会产生如下问题

众所周知，vue3是通过Proxy实现的数据双向绑定，vue2是通过defindeProperty实现的数据双向绑定，代理目标上的只读且不可配置的数据属性

总结

作为一个threejs的初学者，针对threejs的讲解和使用较为浅显，在不断学习 threejs 的过程中，感觉还是挺有趣，看着别人炫酷的3D效果感觉好强，也感到自己的不足。我的学习方法，首先入门是在b站看了threejs journey的视频，了解threejs的运用，接下来就是多练，加深对光、材质、相机等等的理解，另外就是去模仿别人的效果。之后就是在b站上学习blender建模课程，了解模型的创建和运用。