二、threejs 学习笔记-几何体BufferGeometry

threejs的长方体BoxGeometry、球体SphereGeometry等几何体都是基于BufferGeometry (opens new window)类构建的，BufferGeometry是一个没有任何形状的空几何体，你可以通过BufferGeometry自定义任何几何形状，具体一点说就是定义顶点数据。

//创建一个空的几何体对象
const geometry = new THREE.BufferGeometry();

(2) BufferAttribute定义几何体顶点数据

通过javascript类型化数组 (opens new window)Float32Array创建一组xyz坐标数据用来表示几何体的顶点坐标。

//类型化数组创建顶点数据
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标
    50, 0, 0, //顶点2坐标
    0, 100, 0, //顶点3坐标
    0, 0, 10, //顶点4坐标
    0, 0, 100, //顶点5坐标
    50, 0, 10, //顶点6坐标
]);

通过threejs的属性缓冲区对象BufferAttribute (opens new window)表示threejs几何体顶点数据。

// 创建属性缓冲区对象
//3个为一组，表示一个顶点的xyz坐标
const attribue = new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);

(3) 设置几何体顶点.attributes.position

通过geometry.attributes.position设置几何体顶点位置属性的值BufferAttribute。

// 设置几何体attributes属性的位置属性
geometry.attributes.position = attribue;

(4) 点模型Points

点模型Points和网格模型Mesh一样，都是threejs的一种模型对象，只是大部分情况下都是用Mesh表示物体。

网格模型Mesh有自己对应的网格材质，同样点模型Points有自己对应的点材质PointsMaterial

// 点渲染模式
const material = new THREE.PointsMaterial({
    color: 0xffff00,
    size: 10.0 //点对象像素尺寸
});

几何体geometry作为点模型Points参数，会把几何体渲染为点，把几何体作为Mesh的参数会把几何体渲染为面。

const points = new THREE.Points(geometry, material); //点模型对象

2. 线模型对象

(1) 线模型对象渲染数据

下面代码是以上节内容为基础，把几何体作换为线模型Line的参数，你会发现渲染效果是从第一个点开始到最后一个点，依次连成线。

// 线材质对象
const material = new THREE.LineBasicMaterial({
    color: 0xff0000 //线条颜色
}); 
// 创建线模型对象
const line = new THREE.Line(geometry, material);

(2) 线模型LineLoop、LineSegments

threejs线模型除了Line，还提供了LineLoop (opens new window)、LineSegments (opens new window)，区别在于绘制线条的规则不同。

// 闭合线条
const line = new THREE.LineLoop(geometry, material); 

//非连续的线条
const line = new THREE.LineSegments(geometry, material);

3. 网格模型(三角形概念)

网格模型mesh原理是由n个三角形拼接构成，使用使用网格模型Mesh渲染几何体geometry，就是几何体所有顶点坐标三个为一组，构成一个三角形，多组顶点构成多个三角形，就可以用来模拟表示物体的表面。

网格模型有着正反面之分，默认的情况的下一个三角形只会显示它的正面，threejs的正反面是根据三角形坐标点渲染的顺序来区分的，如果三个点的顺序为顺时针，则为正面，反之则为背面也可以通过设置材质的属性来规定那一面可见

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    color: 0x0000ff, //材质颜色
    side: THREE.FrontSide, //只有正面可见
});

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    side: THREE.DoubleSide, //两面可见
});

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    side: THREE.BackSide, //设置只有背面可见
});

4. 几何体顶点索引数据

网格模型Mesh对应的几何体BufferGeometry，拆分为多个三角后，很多三角形重合的顶点位置坐标是相同的，这时候如果你想减少顶点坐标数据量，可以借助几何体顶点索引geometry.index来实现。

(1) 定义顶点位置坐标数据

每个三角形3个顶点坐标，矩形平面可以拆分为两个三角形，也就是6个顶点坐标

const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标
    80, 0, 0, //顶点2坐标
    80, 80, 0, //顶点3坐标
    0, 0, 0, //顶点4坐标   和顶点1位置相同
    80, 80, 0, //顶点5坐标  和顶点3位置相同
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);

(2) BufferAttribute定义顶点索引.index数据

通过javascript类型化数组Uint16Array创建顶点索引.index数据。

// Uint16Array类型数组创建顶点索引数据
const indexes = new Uint16Array([
    // 下面索引值对应顶点位置数据中的顶点坐标
    0, 1, 2, 0, 2, 3,
])

通过threejs的属性缓冲区对象BufferAttribute表示几何体顶点索引.index数据。

// 索引数据赋值给几何体的index属性
geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexes, 1); //1个为一组

5. 顶点法线数据

当材质由MeshBasicMaterial材质改为MeshLambertMaterial这种受光照影响的材质，会发现原来的矩形平面无法渲染。原因就是使用了受光照影响的材质，几何体BufferGeometry需要定义顶点法线数据。

(1) 数学上法线概念

先来理解一下数学上的法线概念，比如一个平面，法线的就是改平面的垂线，如果是光滑曲面，一点的法线就是该点切面的法线。

(2) 矩形平面几何体法线案例——无顶点索引

Three.js中法线是通过顶点定义，默认情况下，每个顶点都有一个法线数据，就像每一个顶点都有一个位置数据。

// 矩形平面，无索引，两个三角形，6个顶点
// 每个顶点的法线数据和顶点位置数据一一对应
const normals = new Float32Array([
    0, 0, 1, //顶点1法线( 法向量 )
    0, 0, 1, //顶点2法线
    0, 0, 1, //顶点3法线
    0, 0, 1, //顶点4法线
    0, 0, 1, //顶点5法线
    0, 0, 1, //顶点6法线
]);
// 设置几何体的顶点法线属性.attributes.normal
geometry.attributes.normal = new THREE.BufferAttribute(normals, 3);

(3) 矩形平面几何体法线案例——有顶点索引

// 矩形平面，有索引，两个三角形，有2个顶点重合，有4个顶点
// 每个顶点的法线数据和顶点位置数据一一对应
const normals = new Float32Array([
    0, 0, 1, //顶点1法线( 法向量 )
    0, 0, 1, //顶点2法线
    0, 0, 1, //顶点3法线
    0, 0, 1, //顶点4法线
]);
// 设置几何体的顶点法线属性.attributes.normal
geometry.attributes.normal = new THREE.BufferAttribute(normals, 3);

6. 旋转、缩放、平移几何体

BufferGeometry通过.scale()、.translate()、.rotateX()、.rotateY()等方法可以对几何体本身进行缩放、平移、旋转,这些方法本质上都是改变几何体的顶点数据。

// 几何体xyz三个方向都放大2倍
geometry.scale(2, 2, 2);
// 几何体沿着x轴平移50
geometry.translate(50, 0, 0);
// 几何体绕着x轴旋转45度
geometry.rotateX(Math.PI / 4);

文章中部分素材选取自Threejs中文网：Three.js中文网