Threejs 简析

Threejs 快速入门

现在什么都是3D，看电影3D，打游戏3D，估计3D打车，很快就会面世。那么作为前端开发的标准语言，JS和3D能不能也搞出点大新闻呢？刚好最近在做一个活动时，就遇到了需要播放3D全景视频的需求，顺便就研究了一下Threejs，一个用于在浏览器中绘制3D图像的JS库（https://github.com/mrdoob/three.js），这篇文章算是做个笔记，也希望能帮助到那些想快速入门的同学。

最小环境
首先，在正式学习Threejs前，有几个概念需要说明的。Threejs在底层其实还是调用html5中的canvas api来实现绘图的。但和我们一般绘制2D图像不同，Threejs在底层使用的是canvas的webgl context来实现3D绘图。webgl context本身更多是直接对gpu的操作，用起来相当不直观，为此Threejs在顶层对3D绘图所需的各种元素（例如场景，摄影机，灯光，几何图像，材质等）进行了封装，如果我们需要使用Threejs来绘图，只需要创建一个最小绘图环境即可，这个最小绘图环境包含了三个要素：

1.场景–包含所有需要显示的3D物体以及其他相关元素的容器

2.摄像机–决定3D场景如何投影到2D画布之上

3.渲染器–用于最后绘制的画笔

具体的代码如下：

<div class="km_insert_code">
 
    import { Scene, PerspectiveCamera, WebGLRenderer } from ‘three’;
 
    var scene = new Scene(); // 创建场景
 
    var camera = new PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000); // 创建摄影机
    camera.position.z = 8;
 
    var renderer = new WebGLRenderer(); // 创建渲染器
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); // 设置画布大小
    renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio); // 设置像素比，针对高清屏
    renderer.setClearColor(0x000000, 1); // 设置默认背景色
 
    document.body.appendChild(renderer.domElement); // 把画笔插入到dom中
 
</div>

简单的几句代码，就可以建立起一个最小绘图环境，之后只要我们向这个环境中放入需要显示的3D对象，这些对象就会被绘制在画布中，显示在屏幕上。

3D对象

有了环境，我们还需要告诉Threejs，到底需要显示什么物体。为此，我们首先需要定义这个用于显示的物体，然后把他加入到场景中即可。

<div class="km_insert_code">
 
    import { Mesh, MeshBasicMaterial, BoxGeometry } from ‘three’;
 
    var geometry = new BoxGeometry(1, 1, 1); // 创建一个长方体，用来定义物体的形状
 
    var material = new MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 }); // 创建一个材质，用来定义物体的颜色
 
    var mesh = new Mesh(geometry, material); // 使用形状和素材，来定义物体
 
    scene.add(mesh);
 
    renderer.render(scene, camera);
 
</div>

先看看效果

怎么感觉好无聊，哈哈哈，但不管怎么样，我们已经可以绘制出东西来了。

形状和材质
估计大家看了上面的代码，一定会有一些疑问，那个texture是什么鬼，geometry和material又是用来干嘛的。其实Threejs在定义一个3D物体时，需要提供两个信息，第一是形状信息，也就是这个物体上每一个点，每一个面的坐标信息，第二是材质信息，用于告诉Threejs物体的颜色，纹理，反光等信息。有了这些信息，Threejs才知道要如何渲染这个物体。而上面的new BoxGeometry(1, 1, 1)，就是告诉Threejs，我要显示一个长宽高各为1的长方形。而new MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000})，就是要告诉Threejs，这个长方体是红色的。最后根据形状和素材，new Mesh(geometry, material)，生成需要显示的物体。

上面提到在Threejs中如果要生成一个长方体，则需要定义一个BoxGeometry，那除了长方体，Threejs还可以生成形状呢：

1.BoxGeometry–长方体

2.CircleGeometry–圆形平面

3.CylinderGeometry–圆柱体

4.PlaneGeometry–方形平面

5.RingGeometry–环形平面

6.SphereGeometry–球形

7.TextGeometry–文字

8.TorusGeometry–圆环

9.TubeGeometry–圆管

另外上面写到的MeshBasicMaterial，其实是指一个直接就能显示颜色的材质。什么叫直接显示颜色呢？这里要涉及到Threejs里的灯光设置。物体的材质由于确定物体的颜色，纹理，以及反光等属性。要反光，首先需要有一个光源：

<div class="km_insert_code">
 
    import { SpotLight } from ‘three’;
 
    var light = new SpotLight(0xffffff);
    light.position.z = 5;
    light.position.x = 5;
    light.position.y = 5;
 
    scene.add(light);
 
</div>

这里我们定义了一个白光源，具体的效果如下：

为了可以看清楚效果，我在场景中加入了一个绿色平面，可以看到，这个绿色平面上的反光是从下到上减弱，可见，这个光源是在画面的下方。

如果我把光源的强度减弱，那么平面上的反光也会跟着减弱：

但不知大家有木有发现，绿色平面上的反光是减弱了，但红色的那个长方体，还是一样的红，完全没有变化。其实这就体现出不同材质的区别了，在红色长方体上，我采用的是MeshBasicMaterial这种材质，而在绿色平面上，我采用的是另一种称为MeshLambertMaterial的材质，这种材质的特点是漫反射强烈，主要用来模拟真实环境下的物体，例如木材，石料等物质的反光情况。另外Threejs还有另外一种材质叫MeshPhongMaterial，这种材质主要是镜面反射强烈，用来模拟镜子，金属等拥有高光的物体就比较合适。

MeshLambertMaterial和MeshPhongMaterial两种材质，都是需要光照才能看到的，如果场景中没有光源，你将会什么都看不到。相反我们在红色长方体上采用的材质是MeshBasicMaterial，这种材质即使没有光，也可以看到，你可以想象为它自己发光吧，如果用技术一点的话来说，就是MeshLambertMaterial和MeshPhongMaterial两种材质需要根据场景光线的数值来计算显示在屏幕上的颜色，而MeshBasicMaterial则忽略光线的作用，是什么颜色，就直接显示什么颜色，但也由于这种材质忽略了光照的作用，那么它也不会有任何阴影的效果。所以这种材质就叫Basic，用来做演示就十分合适。一下就是Threejs提供给我们用到的其他材质

1.MeshBasicMaterial

2.MeshLambertMaterial–漫反射材质

3.MeshPhongMaterial–镜面反射材质

4.MeshDepthMaterial–根据物体上每一点到摄像机的远近来显示颜色，远的显示黑色，近的显示白色

5.MeshNormalMaterial–根据物体上每一面的法向量方向来显示颜色

纹理贴图
如果绘制3D物体时，只能使用纯色，那也未免太单调了，没关系，Threejs提供了接口来帮忙解决这个问题。Threejs的材质，除了可以设置颜色，还支持纹理贴图，我们可以把一个图片，覆盖在3D物体上作为他的纹理，这样就可以利用这些贴图来模拟更真实的场景

<div class="km_insert_code">
 
    import { TextureLoader, MeshLambertMaterial } from ‘three’;
 
    var texture = new TextureLoader().load(‘./assets/texture/crate.gif’);
 
    var material = new MeshLambertMaterial({ map: texture });
 
</div>

上面的代码中，我们通过TextureLoader来加载一个gif图作为纹理，并且把这个纹理通过map属性映射到了材质上，加上材质后，整个物体就更加真实了

3D动画

能绘图了，但如何加入动画呢？其实很简单，在之前的代码中已经讲解过，Threejs是通过渲染器来绘图的，你可以想象成拍照。我们在场景中摆好灯光，摆好道具，渲染器咔嚓一下，就把当前的画面绘制下来了。那如果要做成动画，只需要在渲染器来个定时连拍就可以拉。具体如下。

<div class="km_insert_code">
 
    function render() {
        requestAnimationFrame(render);
        update();
        renderer.render(scene, camera);
    }
 
    function update() {
        // update your view
    }
 
</div>

这里我们通过requestAnimationFrame接口，来做定时刷新，每次进入render方法，都会先去执行update方法（用于更新场景），然后让渲染器拍照（renderer.render(scene, camera)），最后等待下一次render。在update方法中，我们可以修改场景中所有物体的参数，例如，我们可以试着让盒子在屏幕中转动：

<div class="km_insert_code">
 
    function update() {
        box.rotation.x += 0.005;
        box.rotation.y += 0.01;
    }
 
</div>

最后的最后，其实Threejs还有很多额外的能力，例如刚刚我们使用图片作为纹理，那么我们也可以使用视频作为纹理，把这个纹理贴到一个盒子上，通过陀螺仪来控制摄像机的拍摄方向，就可以作出一个全景视频啦。Threejs也支持粒子系统，模型数据导入，自定义着色器等一系列高级功能，大家也赶快掌握起来吧。