【ThreeJS入门——】WEB 3D可视化技术——threejs

简介

网页上已经可以做出很多复杂的动画，精美的效果。下图就是通过WebGL在网页中绘制高性能的3D图形。

threejs是一个让用户通过javascript入手进入搭建webgl项目的类库。

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1、搭建第一个场景和物体

三维的物体要渲染在二维的屏幕上。首先要创建一个场景来放置物体，那么最终怎么显示三维的内容，就应该找一个相机，将相机放在场景的某个位置，然后想要显示就要把相机拍的内容渲染出来。所以就引出三个基本概念：场景、相机、渲染器

用vuecli搭建一个脚手架之后，可以在src/main.js中编写three.js，代码如下（代码下面会进行讲解）：

// 1、创建场景——————场景
const scene = new THREE.Scene();


// 2、创建相机——————相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);



// 初始化渲染器——————渲染器，就是施展魔法的地方
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// console.log(renderer);
// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 使用渲染器，通过相机将场景渲染进来
renderer.render(scene, camera);

相机：

three.js里有几种不同的相机，在这里，我们使用的是PerspectiveCamera（透视摄像机）。

第一个参数是视野角度（FOV）。视野角度就是无论在什么时候，你所能在显示器上看到的场景的范围，它的单位是角度(与弧度区分开)。

第二个参数是长宽比（aspect ratio）。 也就是你用一个物体的宽除以它的高的值。比如说，当你在一个宽屏电视上播放老电影时，可以看到图像仿佛是被压扁的。

接下来的两个参数是近截面（near）和远截面（far）。 当物体某些部分比摄像机的远截面远或者比近截面近的时候，该这些部分将不会被渲染到场景中。或许现在你不用担心这个值的影响，但未来为了获得更好的渲染性能，你将可以在你的应用程序里去设置它。

渲染器：

除了创建一个渲染器的实例之外，我们还需要在我们的应用程序里设置一个渲染器的尺寸。比如说，我们可以使用所需要的渲染区域的宽高，来让渲染器渲染出的场景填充满我们的应用程序。因此，我们可以将渲染器宽高设置为浏览器窗口宽高。对于性能比较敏感的应用程序来说，你可以使用setSize传入一个较小的值，例如window.innerWidth/2和window.innerHeight/2，这将使得应用程序在渲染时，以一半的长宽尺寸渲染场景。

接下来将renderer（渲染器）的dom元素（renderer.domElement）添加到我们的HTML文档中。渲染器用来显示场景给我们看的canvas元素。

最后就是对将相机对场景进行拍照渲染啦。这一句就可以将画面渲染到canvas上显示出来

加入立方体：

// 添加物体
// 创建几何体
const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const cubeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 });
// 根据几何体和材质创建物体
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
// 将几何体添加到场景中
scene.add(cube);

1、要创建一个立方体，我们需要一个BoxGeometry（立方体）对象. 这个对象包含了一个立方体中所有的顶点（vertices）和面（faces）。

2、对于这个立方体，我们需要给它一个材质，来让它有颜色。这里我们使用的是MeshBasicMaterial。所有的材质都存有应用于他们的属性的对象。为了简单起见，我们只设置一个color属性，值为0x00ff00，也就是绿色。这里和CSS或者Photoshop中使用十六进制(hex colors)颜色格式来设置颜色的方式一致。

3、我们需要一个Mesh（网格）。 网格包含一个几何体以及作用在此几何体上的材质，我们可以直接将网格对象放入到我们的场景中，并让它在场景中自由移动。

默认情况下，当我们调用**scene.add()的时候，物体将会被添加到(0,0,0)**坐标。但将使得摄像机和立方体彼此在一起。为了防止这种情况的发生，我们只需要将摄像机稍微向外移动一些即可。

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综上，在前面创建的项目中的main.js文件写入完整代码如下：

import * as THREE from "three";

// console.log(THREE);



// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();



// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
scene.add(camera);



// 添加物体
// 创建几何体
const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const cubeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 });
// 根据几何体和材质创建物体
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
// 将几何体添加到场景中
scene.add(cube);



// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// console.log(renderer);
// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 使用渲染器，通过相机将场景渲染进来
renderer.render(scene, camera);

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2、如何360度的查看立方体

我们知道了如何渲染出一个立方体物体，但是不能很好的全方位观看立方体。这个时候可以使用控制控制器，让相机围绕立方体运动，就像地球围绕太阳一样运动，去观察立方体。

1、首先创建轨道控制器

// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);


// 必须传入2个参数：

// 相机，让哪一个相机围绕目标运动。默认目标是原点。立方体在原点处。
// 渲染的画布dom对象，用于监听鼠标事件控制相机的围绕运动。

因为控制器监听鼠标事件之后，要根据鼠标的拖动，来控制相机围绕目标运动，并根据运动之后的效果，显示出画面来。为了保证画面流畅渲染，选择使用请求动画帧requestAnimationFrame，在屏幕渲染下一帧画面时触发回调函数来执行画面的渲染。 

function render() {
  //如果后期需要控制器带有阻尼效果，或者自动旋转等效果，就需要加入controls.update()
  controls.update()
  renderer.render(scene, camera);
  //   渲染下一帧的时候就会调用render函数
  requestAnimationFrame(render);
}

render();

 requestAnimationFrame(render):

是HTML5的新特性，区别于setTimeout和setInterval。requestAnimationFrame比后两者精确，采用系统时间间隔，保持最佳绘制效率，不会因为间隔时间过短，造成过度绘制，增加开销；也不会因为间隔时间太长，使动画卡顿不流畅，让各种网页动画效果能够有一个统一的刷新机制，从而节省系统资源，提高系统性能，改善视觉效果。

requestAnimationFrame是由浏览器专门为动画提供的API，在运行时浏览器会自动优化方法的调用，并且如果页面不是激活状态下的话，动画会自动暂停，有效节省了CPU开销。

完整代码如下： 

import * as THREE from "three";
// 导入轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";

// console.log(THREE);

// 目标：使用控制器查看3d物体

// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();

// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
scene.add(camera);

// 添加物体
// 创建几何体
const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const cubeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 });
// 根据几何体和材质创建物体
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
// 将几何体添加到场景中
scene.add(cube);

// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// console.log(renderer);
// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// // 使用渲染器，通过相机将场景渲染进来
// renderer.render(scene, camera);

// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);

// 添加坐标轴辅助器
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper);

function render() {
  renderer.render(scene, camera);
  //   渲染下一帧的时候就会调用render函数
  requestAnimationFrame(render);
}

render();

未完待续...