Three.js 学习笔记之模型(学习中1.20更新) | 组 - 模型 - 几何体 - 材质

模型 = 几何体 + 材质

• 模型对象的父类都是三维物体Object3D类

• Three.js的材质默认正面可见、背面不可见

  • 解决办法：材质配置对象中设置side属性

  side取值	描述
  THREE.FrontSide	只有正面可见
  THREE.DoubleSide	两面可见
  THREE.BackSide	设置只有背面可见

• 模型position是指模型中心的位置，是一个三维向量。几何体attributes.position是指几何体顶点位置信息，是一个BufferAttribute类型

三维物体Object3D类的属性与方法

属性与方法	描述
position : Vector3	设置模型中心的位置，默认值THREE.Vector3(0.0,0.0,0.0)
translateX/translateY/translateZ ( distance : Float )	沿着X轴将平移distance个单位，本质改变的position 值
translateOnAxis ( axis : Vector3, distance : Float )	沿着标准化后的向量axis(归一化后的向量表示方向)移动distance
scale : Vector3	各分量按参数缩放
rotation:Euler(欧拉对象) 或quaternion:Quaternion(四元数)	模型旋转的角度，单位是火毒
rotateX(rad : Float)、rotateY(rad : Float)、rotateZ(rad : Float)	绕局部空间的X/Y/Z轴旋转这个物体。本质是修改模型的角度属性.rotation
rotateOnAxis ( axis : Vector3, angle : Float )	绕标准化后的向量(看作轴)旋转angle个弧度
clone ( recursive : Boolean ) : Object3D	参数表示是否可以克隆参数的后代，默认为true 克隆的规则暂时还不清楚，但克隆模型，其几何体和材质是共享的(克隆的地址)。 如果几何体和材质单独调用clone克隆出来是独立的。
copy ( object : Object3D, recursive : Boolean )	复制参数对象到这个对象中。 事件监听器和用户定义的回调函数不会被复制。
children:Array	子对象数组（分组对象的子孩子），调用三维物体实例的add方法时，实际就是将参数加入到该数组中。
add (object: Object3D, …)	添加参数对象到这个对象的子级children，可以添加任意数量的对象。 当前传入的对象中的父级将在这里被移除，因为一个对象仅能有一个父级。
name : String	对象的名称，可选、不必唯一。默认值是一个空字符串。
getObjectByName (name:String):Object3D	从该对象开始，搜索一个对象及其子级，返回第一个带有匹配name的子对象。

const axis = new THREE.Vector3(1, 1, 1);
axis.normalize(); //向量归一化后表示方向，方向不变，大小变为单位向量
//沿着axis轴表示方向平移100
mesh.translateOnAxis(axis, 100);

层级模型

组- THREE.Group

语法：new THREE.Group()
说明：其父类也是三维物体Object3D，基本和三维物体Object3D一致。可以看作一个只用于分组没有实体的模型，可以分组操作模型。
作用：可以看作将模型进行分组，原来是直接将一个一个模型add进场景scene，现在是将所有模型先进行分组，然后将分组后的分组模型group添加进场景scene。

受threejs历史原因，有些时候代码中也会直接用Object3D甚至Mesh作为Group使用，可以但不推荐，语义化不够强。

group可以看作mesh1、mesh2的父对象，父对象旋转缩放平移变换，子对象跟着变化。

//创建两个网格模型mesh1、mesh2
const geometry = new THREE.BoxGeometry(20, 20, 20);
const material = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x00ffff});
// 创建一个组
const group = new THREE.Group();
const mesh1 = new THREE.Mesh(geometry, material);
const mesh2 = new THREE.Mesh(geometry, material);
mesh2.translateX(25);
//把mesh1型插入到组group中，mesh1作为group的子对象
group.add(mesh1);
//把mesh2型插入到组group中，mesh2作为group的子对象
group.add(mesh2);
//把group插入到场景中作为场景子对象
scene.add(group);

组对象私有的属性(无私有方法)

属性名	描述
isGroup:Boolean	判断是否是组对象
type:String	不可变的值，组对象的类型Group字符串

递归遍历模型树结构object3D.traverse()

语法：object3D.traverse ( callback : Function ) : undefined
本质：遍历object3D实例的children属性

每个模型可以通过object3D.name属性命名，命名之后可以通过遍历模型树搭配object3D.getObjectByName(name) ，找到具体的模型。

案例：假设有一个小区房子，结构如下

// 批量创建多个长方体表示高层楼
const group1 = new THREE.Group(); //所有高层楼的父对象
group1.name = "高层";
for (let i = 0; i < 5; i++) {
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(20, 60, 10);
    const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color: 0x00ffff
    });
    const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
    mesh.position.x = i * 30; // 网格模型mesh沿着x轴方向阵列
    group1.add(mesh); //添加到组对象group1
    mesh.name = i + 1 + '号楼';
    // console.log('mesh.name',mesh.name);
}
group1.position.y = 30;


const group2 = new THREE.Group();
group2.name = "洋房";
// 批量创建多个长方体表示洋房
for (let i = 0; i < 5; i++) {
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(20, 30, 10);
    const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color: 0x00ffff
    });
    const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
    mesh.position.x = i * 30;
    group2.add(mesh); //添加到组对象group2
    mesh.name = i + 6 + '号楼';
}
group2.position.z = 50;
group2.position.y = 15;

const model = new THREE.Group();
model.name='小区房子';
model.add(group1, group2);
model.position.set(-50,0,-25);


// 递归遍历model包含所有的模型节点
model.traverse(function(obj) {
    console.log('所有模型节点的名称',obj.name);
    // obj.isMesh：if判断模型对象obj是不是网格模型'Mesh'
    if (obj.isMesh) {//判断条件也可以是obj.type === 'Mesh'
        obj.material.color.set(0xffff00);
    }
});

模型

点模型Points - 用于显示点

语法：new Points( geometry : BufferGeometry, material : Material )

• geometry 几何体对象(可选)，BufferGeometry的实例，默认值是一个新的BufferGeometry。
• material 材质对象(可选)，默认值为PointsMaterial。

描述：一个用于显示点的类，将几何体geometry渲染成点。

线模型Line | LineLoop | LineSegments

语法：new Line( geometry : BufferGeometry, material : Material )

• geometry 线段的顶点，默认值是一个新的BufferGeometry。
• material 线的材质，默认值是一个新的且随机颜色的LineBasicMaterial。

线模型	绘制线条的规则
Line	从第一个点开始到最后一个点，依次连成线 不闭合
LineLoop	从第一个点开始到最后一个点，依次连成线，并将最后一个顶点连回第一个顶点 闭合
LineSegments	从第一个点开始，第一个点连接第二个点，第三个点连接第四个点…有n个点，就有n/2条线 间断

网格模型mesh - 三角形

本质：一个一个三角形拼接
说明：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，用来模拟物体的表面。

三角形的正反面
三个点可以构成一个三角形，从第一个点往第三个点连接

• 正面：相机对着面，连接的顺序是逆时针
• 反面：相机对着面，连接的顺序是顺时针

网格模型独有的属性与方法

字段	描述
isMesh : Boolean	当前对象是否时网格模型
geometry : BufferGeometry	物体的结构
material : Material	物体的外观，默认值是一个MeshBasicMaterial

const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 获取模型的几何体
console.log('mesh.geometry',mesh.geometry);
// 获取模型的材质
console.log('mesh.material',mesh.material);

几何体BufferGeometry

常见几何体可以看成是封装后的BufferGeometry

缓冲类型几何体BufferGeometry - 基类

描述：BufferGeometry是一个没有任何形状的空几何体，通过定义顶点数据将BufferGeometry自定义为任何几何形状。每个几何体可以看作是由多个顶点构成的图案。

BufferGeometry实例的属性与方法

属性名/方法	描述
index:BufferAttribute	绑定几何体的顶点索引，每个三角形都绑定了三个顶点的索引。 允许顶点坐标在三角形中复用。
attributes : Object	存储该几何体相关属性的hashmap (这里直接打印看不见里面的属性)，每个value的类型都是BufferAttribute 可以通过 几何体.setAttribute 和 几何体.getAttribute 添加和访问与当前几何体相关的属性。

案例
1.使用 THREE.BufferGeometry创建一个空的几何体对象

const geometry = new THREE.BufferGeometry(); 

2.利用Float32Array定义顶点数据，使用属性缓冲区对象BufferAttribute表示threejs几何体顶点数据。

通过javascript类型化数组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
]);
// 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.设置几何体的定点.attributes.position

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

4.渲染顶点

4.1使用点模型渲染顶点数据，会把几何体渲染为点，网格模型Mesh会把几何体渲染为面。

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

4.2使用线模型渲染顶点数据，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);

4.3用网格模型渲染顶点

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

创建几何体的方式

• 直接利用顶点数据，每一个点对应一个坐标
  • new Float32Array构造坐标数组 | 32位的浮点数型数组
  • THREE.BufferAttribute(坐标数组,3) 每三个坐标为一组，构建顶点坐标。顶点的个数等于组数
  • 赋值给geometry.attributes.position
• 利用顶点索引，多个顶点可以利用同一个坐标
  • new Float32Array构造坐标数组
  • THREE.BufferAttribute(坐标数组,3) 每三个坐标为一组，构建顶点坐标。
  • new Uint16Array 构造索引顶点数组，顶点的个数需要和索引的个数一样 | 16 位无符号整数
  • geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexes, 1) 通过索引去坐标数组中取顶点坐标

案例: 构建一个矩形平面几何体 - 通过顶点数据
顶点坐标：一个矩形平面，可以至少通过两个三角形拼接而成。
三角形方向：两个三角形的正面需要保持一致

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
]);
const attribue = new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
geometry.attributes.position = attribue;

几何体顶点索引数据 - 通过顶点索引
在上述案例中，坐标4和坐标5其实是重复的坐标，重复的坐标可以复用吗？

// 删除重复的坐标
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标 | 索引0
    80, 0, 0, //顶点2坐标 4坐标 | 索引1
    80, 80, 0, //顶点3坐标 5坐标 | 索引2
    0, 80, 0, //顶点6坐标 | 索引3
]);

// Uint16Array类型数组创建顶点索引数据
const indexs = 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,
])

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

BufferAttribute Types

在 three.js 中一共有 9 种 BufferAttribute,每种和 JavaScript 中的类型相对应Typed Arrays。使用new创建BufferAttribute对象时，传入数组是什么内省，生成的BufferAttribute就是什么类型

BufferAttribute 类型	对应的JS数组类型
THREE.Float64BufferAttribute	Float64Array
THREE.Uint32BufferAttribute	Uint32Array
THREE.Int32BufferAttribute	Int32Array
THREE.Uint16BufferAttribute	Uint16Array
THREE.Int16BufferAttribute	Int16Array
THREE.Uint8ClampedBufferAttribute	Uint8ClampedArray
THREE.Uint8BufferAttribute	Uint8Array
THREE.Int8BufferAttribute	Int8Array

定义顶点法线 geometry.attributes.normal

数学上法线的概念
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。

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。

无顶点索引的使用方式

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
    80, 80, 0, //顶点5坐标
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);
geometry.attributes.position =new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
    color: 0xff0000, //线条颜色
    side: THREE.DoubleSide
}); 
// 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); 

有顶点索引的使用方式

const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标 顶点4坐标
    80, 0, 0, //顶点2坐标
    80, 80, 0, //顶点3坐标 顶点5坐标
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);
geometry.attributes.position =new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
// 矩形平面，有索引，两个三角形，有2个顶点重合，有4个顶点
// Uint16Array类型数组创建顶点索引数据
const indexs = 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,
])
geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1); 
// 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);

BufferGeometry的子类几何体

几何体的分段数 - 将一个大块分成几个小块

很多几何体构造函数提供了分段数，其默认值为1。除去必要参数之外的第一个参数表示x轴分成几段，第二个参数表示y轴分成几段。

PlaneGeometry矩形平面案例

// 把一个矩形x轴方向分为两段，每份2个三角形，一共4个三角形
const geometry = new THREE.PlaneGeometry(50,50,2,1);

SphereGeometry球体平面案例

// 参数2表示水平方向(经线方向)  参数3表示垂直方向(维度)
// 绿色框为一块，每个水平方向有4块，每一块由两个三角形组成
const geometry = new THREE.SphereGeometry( 50, 4, 16 );

SphereGeometry 球体

语法:new SphereGeometry(radius : Float,可选参数)

由于所有几何体都是由一个一个三角形组成，所以如果球体细分数比较低，表面就不会那么光滑，分段数越大越接近一个球。

可选参数	描述
widthSegments	水平分段数（沿着经线分段），最小值为3，默认值为32。
heightSegments	垂直分段数（沿着纬线分段），最小值为2，默认值为16。

几何体的旋转、缩放与平移

本质：几何变换的本质是改变几何体的顶点数据

方法	描述
scale ( x : Float, y : Float, z : Float )	从几何体原始位置开始缩放几何体
translate ( x : Float, y : Float, z : Float )	从几何体原始位置开始移动几何体
rotateX/rotateY/rotateZ( radians : Float )	沿着主轴旋转几何体，参数是弧度
center()	几何体中心与坐标原点重合

// 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);
// 几何体旋转、缩放或平移之后，查看几何体顶点位置坐标的变化
// BufferGeometry的旋转、缩放、平移等方法本质上就是改变顶点的位置坐标
console.log('顶点位置数据', geometry.attributes.position);

材质 Material

材质Material是所有材质的父类。

创建材质：new 材质(配置对象)
说明：材质描述了物体的外观，定义方式与渲染器无关

配置对象里可配置的属性其实就是返回的材质实例拥有的属性

/* 案例 */
const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
  color:0xff0000,
  wireframe:true,
});
console.log("material.wireframe:",material.wireframe)

方法与属性	描述
transparent : Boolean	定义此材质是否透明，默认为false。对渲染有影响，透明对象需要特殊处理，并在非透明对象之后渲染。设置为true之后可以使用opacity调整透明度。
opacity:Float	范围是0.0 - 1.0，表明材质的透明度。值0.0表示完全透明，1.0表示完全不透明(默认)。如果transparent属性未设置为true，则材质将保持完全不透明，此值仅影响其颜色。
side:Integer	定义将要渲染哪一面，默认是正面(相机照着那面，连接的顺序是逆时针）

点材质PointsMaterial - Points使用的默认材质

语法：new PointsMaterial( parameters : Object )

实例的属性和方法

属性/方法	描述
size:Number	设置点的大小，默认值为1.0。
color:Color	材质的颜色，默认值为白色 (0xffffff)。

网格材质 Mesh

使用收光照影响的材质时，如果没有光照默认是黑色的(renderer画布设置了颜色可以看出)

MeshLambertMaterial

语法:new MeshLambertMaterial( parameters : Object )
对光照的反射为漫反射：光线向四周反射。

Lambert网格材质的属性与方法

属性和方法	描述
wireframe : Boolean	将几何体渲染为线框，默认值为false，渲染为平面多边形。

高光网格材质 MeshPhongMaterial

• 语法:new MeshPhongMaterial( parameters : Object )
  参数对象的属性 = 自有属性 + Material基类继承的属性
• 对光照的反射为镜面反射：想象一面镜子的反射，如果刚好反射光对眼睛，会非常刺眼（某个局部区域高亮，像擦了高光）

注意：AmbientLight环境光没有方向，整体改变场景的光照。所以只有环境光的，高光效果会失效。

MeshPhongMaterial高光网格材质配置参数的自有属性

属性名	属性描述
color : Color	材质的颜色，默认值为白色(0xffffff)
shininess	高亮的程度，越高的值越闪亮，默认30
specular	高光颜色，默认为0x111111灰色