【THREE.JS】网页中的炫酷3D

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一、前言

概述：基于WebGL的三维引擎，目前是国内资料最多、使用最广泛的三维引擎，可以制作一些3D可视化项目

目前随着元宇宙概念的爆火，THREE技术已经深入到了物联网、VR、游戏、数据可视化等多个平台。

最近一段时间主要对之前学习three.js的总结和记录，记录只对自己觉得重要的部分记录，其他的可以参考别的平台资源。

目前作品的相关展示平台已上线：VR_Team作品展示平台，欢迎大家查看。

项目开源地址：web3d-product，下面为一部分的网页的作品展示。

粒子特效

在线预览：粒子平面墙

在线预览：迷失太空

在线预览：粒子海浪

在线预览：银河系

二维漫画

在线预览：漫画-蜘蛛侠

可视化

在线预览：电脑主机拆解

后期处理

在线预览：后期处理-虚幻花朵

二、项目使用流程

2.1 项目结构

功能说明

• public文件夹：存放一些独立的案例界面（html格式），不需要依赖，可以直接运行在网页
  • assets存在依赖的资源
  • Basic：基础界面
  • Comic：二维漫画
  • Particles：粒子效果
  • Processing：后期chuli
  • Visualization：可视化
• src
  • views：功能主界面

2.2 基本使用

//安装依赖
npm i
//运行项目
npm run dev

2.3 项目模板

该模板集成最简单的一个three.js环境，在此基础上可以自行搭建。

2.4 技术栈

前端：vue + three.js + js

三、基础动画

概述：本质就是在render()函数不断渲染的过程中调用动画，每一帧不断增加目标体的位置，以此循环

体验地址：基础动画

3.1 THREE.Clock

// 时间动画
let clockAnimate=()=>{
    
    
const elapsedTime=clock.getElapsedTime()

cube.position.x = Math.cos(elapsedTime)
cube.position.y=Math.sin(elapsedTime)
}

3.2 GASP

https://github.com/greensock/GSAP

// gasp动画
let gsapAnimate=()=>{
    
    
	gsap.to(cube.position, {
    
     x: 5, duration: 3, delay:1})
}

四、照相机

8.1 正交相机

参数(属性)	含义
left	渲染空间的左边界
right	渲染空间的右边界
top	渲染空间的上边界
bottom	渲染空间的下边界
near	near属性表示的是从距离相机多远的位置开始渲染，一般情况会设置一个很小的值。 默认值0.1
far	far属性表示的是距离相机多远的位置截止渲染，如果设置的值偏小小，会有部分场景看不到。 默认值1000

let width = window.innerWidth;
let height = window.innerHeight;
const camera = new THREE.OrthographicCamera(width / - 2, width / 2, height / 2, height / - 2, 1, 1000);
scene.add(camera);
camera.position.set(100, 200, 100);

8.2 透视相机

参数	含义	默认值
fov	fov表示视场，所谓视场就是能够看到的角度范围，人的眼睛大约能够看到180度的视场，视角大小设置要根据具体应用，一般游戏会设置60~90度	45
aspect	aspect表示渲染窗口的长宽比，如果一个网页上只有一个全屏的canvas画布且画布上只有一个窗口，那么aspect的值就是网页窗口客户区的宽高比	window.innerWidth/window.innerHeight
near	near属性表示的是从距离相机多远的位置开始渲染，一般情况会设置一个很小的值。	0.1
far	far属性表示的是距离相机多远的位置截止渲染，如果设置的值偏小，会有部分场景看不到	1000

let width = window.innerWidth;
let height = window.innerHeight;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, width / height, 1, 1000);
camera.position.set(150, 100, 300);
camera.lookAt(scene.position);

注意

• 相机的fov视口是上下的，不是左右
• 向左移动相机，我们的场景会向右移动

4.3 相机控制器

概述：通过鼠标控制相机的移动、旋转、缩放以此实现场景物体的控制

导包

import {
    
     OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls'

应用

const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement)

自旋转

controls.autoRotate = true

必须在render函数调用update实时更新才奏效

五、画布和全屏

像素比：将一个像素分成若干个n*n的像素，这样的话显示会更加清晰，一般来说像素比为2就够了

// 自适应屏幕
let onWindowsResize = () => {
    
    

    sizes.width = window.innerWidth
    sizes.height = window.innerHeight
    camera.aspect = sizes.width / sizes.height
    camera.updateProjectionMatrix()
    renderer.setSize(sizes.width, sizes.height)
    renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio)
}

//双击全屏
let onWindowsScreen = () => {
    
    
    let isFullScreen = document.fullscreenElement
    if (!isFullScreen) {
    
    
    	renderer.domElement.requestFullscreen()
    } else {
    
    
    	document.exitFullscreen()
    }
}
let expandFunction = () => {
    
    
    window.addEventListener('resize', onWindowsResize)
    window.addEventListener('dblclick', onWindowsScreen)
}

六、几何体

概述：几何体由一个个顶点粒子构成，每个粒子包含了位置、uv贴图（3d=>2d坐标对应）等，三个顶点形成一个面，在three.js中。物体由一个个三角形面构成。

BufferGeometry：是面片、线或点几何体的有效表述。包括顶点位置，面片索引、法相量、颜色值、UV 坐标和自定义缓存属性值。使用 BufferGeometry 可以有效减少向 GPU 传输上述数据所需的开销。目前，three.js的物体都用上了Buffer，可以直接调用，一些顶点可以使用这个。

演示链接：三角形

let createBufferTriangle = () => {
    
    
    const count = 50
    for (let i = 0; i < count; i++) {
    
    
        const pointsArray = new Float32Array(9)
        for (let j = 0; j < 9; j++) {
    
    
            pointsArray[j] = (Math.random() - 0.5) * 5
        }

        const geometry = new THREE.BufferGeometry()
        const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    
    
            color: new THREE.Color(
                Math.random(),
                Math.random(),
                Math.random(),
            ),
            opacity: Math.random(),
            transparent: true,
            // wireframe:true
        })
        geometry.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(pointsArray, 3))
        // geometry.attributes.position = new THREE.BufferAttribute(pointsArray, 3)
        const triangle = new THREE.Mesh(geometry, material)
        scene.add(triangle)

    }
}  

七、Debug UI

dat.gui：https://github.com/dataarts/dat.gui 样式好看，动画有点不流畅

lil-gui：https://lil-gui.georgealways.com/ 动画流畅，官方案例用的多

八、纹理贴图

8.1 mipmapping

mip映射(mipmapping)是一种技术，它包括一次又一次地创建半个较小版本的纹理，直到得到1x1纹理。
所有这些纹理变化都会发送到GPU，GPU将自动选择最合适的纹理版本。所有的这些都已经由THREE.js和GPU处理，但是我们可以选择不同的过滤算法

8.2 放大滤镜

概述：原本的贴图大小大于要渲染的大小，如缩放物体，应用这个

8.3 缩小滤镜

概述：原本的贴图大小小于要渲染的大小，如缩放物体，应用这个

当纹理的minFilter属性使用NearestFilter时，我们可以不需要再mip映射了，可以通过以下代码为纹理停用mipmapping，使得GPU不再处理mip映射

//如果不在乎远处物品效果如失真之类的，纹理的minFilter属性使用 NearestFilter时可以停用mipmapping以获得更好性能，根据实际项目而定
colorTexture.generateMipmaps = false

参考链接：https://threejs.org/docs/index.html#api/zh/constants/Textures

参考链接：https://blog.csdn.net/weixin_43990650/article/details/121595334

8.3 UV贴图

参考链接：https://www.bilibili.com/read/cv15999592

掘金：https://juejin.cn/post/7101209181822124069

资源推荐

• www.poliigon.com
• https://3dtextures.me/
• www.arroway-textures.ch/

纹理、材质、灯光

这部分可以参考网上的资料，这里不做过多讲解

https://blog.csdn.net/weixin_43990650/article/details/121595334

九、阴影

9.1 灯光阴影

四步走

灯光cast=>球体cast=>平面receive=>renderer设置

概述：灯光利用照相机渲染出shadow map贴到场景中，得到阴影

简单例子

//直射光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.5)
scene.add(directionalLight)

directionalLight.position.set(2, 2, -1)
directionalLight.castShadow = true
directionalLight.shadow.mapSize.width = 1024
directionalLight.shadow.mapSize.height = 1024
directionalLight.shadow.camera.near = 1
directionalLight.shadow.camera.far = 6
directionalLight.shadow.camera.top = 2
directionalLight.shadow.camera.right = 2
directionalLight.shadow.camera.bottom = - 2
directionalLight.shadow.camera.left = - 2

directionalLight.shadow.radius = 10

//只是实体化的工具，参数修改上面的
const directionalLightCameraHelper = new THREE.CameraHelper(directionalLight.shadow.camera)
scene.add(directionalLightCameraHelper)
directionalLightCameraHelper.visible = false

注意：

• 只有平行光、点光源和聚光灯支持阴影
• 平行光是正交相机、其他的是透视相机，可以通过调节角度

9.2 烘焙阴影

概述：提前在blender渲染好阴影，这个不会变化，关闭渲染器阴影投射就行

9.3 阴影跟随

概述：在小球下面放置具有阴影贴图的平面，关闭渲染器阴影，跟随小球运动改变透明度

renderer.shadowMap.enabled = false

十、粒子效果

概述：粒子可以被用来创建星星、烟雾、雨滴、灰尘、火焰等等。我们可以使用合理的帧速率来创建数千个粒子。每个粒子都是由始终面向摄影机的平面（俩个三角形）组成的

参考链接：https://blog.csdn.net/weixin_43990650/article/details/121736698

101801718.png" alt=“6” style=“zoom:50%;” />

概述：提前在blender渲染好阴影，这个不会变化，关闭渲染器阴影投射就行

9.3 阴影跟随

概述：在小球下面放置具有阴影贴图的平面，关闭渲染器阴影，跟随小球运动改变透明度

renderer.shadowMap.enabled = false

十、粒子效果

概述：粒子可以被用来创建星星、烟雾、雨滴、灰尘、火焰等等。我们可以使用合理的帧速率来创建数千个粒子。每个粒子都是由始终面向摄影机的平面（俩个三角形）组成的

官网链接：数字孪生开发平台

本项目由`江苏海洋大学计算机工程学院VR_Team106完成，欢迎加入!!!