Three js入门教程

译者 Moon.Wong

译文来源： http://www.21haolou.com/articles/show/140

介绍

我在自己的一些实验性项目中运用了 Three.js，它在处理浏览器3D效果方面表现优异。通过Three js，你可以创建镜头（Cameras），物体（objects），光线（lights），材质（materials）等等，你还可以选择渲染器：可以使用HTML5的Canvas来绘制场景，也可选择使用WebGL或是SVG来渲染。另外它还是开源的，因而若有兴趣的话，你也可参与到Three js项目中来。不过，这里主要是讲讲我自己从使用该3D引擎中学到的一些东西，并介绍一些基本内容。

尽管Three js有种种好处，但是你也可能不时会碰到纠结之处。一个典型的情况就是你需要耗费大量时间研究他人实例，做逆向工程，搜寻具体的函数，偶尔还需通过 GitHub需求帮助。顺便提一下，如果你的确需要寻求帮助， Mr. doob 和  AlteredQualia这两个地方会帮上你大忙的。

基础

这里，我默认读者已经了解基本的3D概念，并具精通JavaScript技能。如果你没有上述基础，我建议你在接触Three js之前最好学习一下，不然后面你会碰到些疑惑的。

在3D世界中，我们会涉及到下面这些概念，这些概念会伴随整个创作流程：

1. 场景
2. 渲染器
3. 镜头
4. 物体（带材质的）

当然，你可以制作一些疯狂的内容，而且我也希望这样干，并且在你自己的浏览器中开始实验。

兼容性

对于浏览器的支持情况，我在这里做一个快速简要说明。以我的经历来看，在对渲软引擎的支持及其JavaScript引擎的速度方面，Google的Chrome浏览器做的最好。Chrome支持Canvas，WebGL以及SVG，且速度极快。Firefox的表现位居第二，其JavaScript引擎速度要比Chrome稍许慢些，但是对渲软器的支持依旧不错，而且新版本JavaScript引擎速度越来越快。Opera还正在增加对WebGL的支持，而Mac上的Safari浏览器提供了启用WebGL的选项。因此，基本上Opera和Safar只支持Canvas渲软，了解这点很重要。目前IE9也只支持Canvas渲染，而且我也尚未听说微软有任何支持WebGL的消息。在目前阶段，微软似乎不会考虑WebGL。

设置场景

这里我假设你选用了支持所有渲染引擎的浏览器，你希望使用Canvas或是WebGL来渲染，因为这两个是更为标准的技术。Canvas得到的支持程度要好于WebGL，这里值得一提的是，WebGL是调用的显卡的GPU，这样CPU的话就主要负责其他非渲染类的任务，像物理引擎或用户交互方面的任务。

不管你选用何种引擎，你应牢记JavasScript需要为性能优化，毕竟对浏览器而言，3D运算不是项轻松的内容（能实现就已经很牛B了）。因此需要清楚的了解自身代码的瓶颈之处，如有可能，消灭这些瓶颈代码。

假设你已经 下载并将three js包含在你的HTML文件中，那么我们如何设置场景（scene）呢？见下面例子

// 设置场景大小
var WIDTH = 400,
  HEIGHT = 300;

// 设置镜头属性
var VIEW_ANGLE = 45,
  ASPECT = WIDTH / HEIGHT,
  NEAR = 0.1,
  FAR = 10000;

// 获取绑定的DOM元素，假设我们使用的jQuery处理。
var $container = $('#container');

// 创建WebGL渲染器，镜头以及场景
var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
var camera =
  new THREE.PerspectiveCamera(
    VIEW_ANGLE,
    ASPECT,
    NEAR,
    FAR);

var scene = new THREE.Scene();

// 在场景中添加镜头
scene.add(camera);

// 镜头起始位置0，0，0，因此将镜头回拉
camera.position.z = 300;

// 开始渲染
renderer.setSize(WIDTH, HEIGHT);

//增添渲染器提供的DOM元素
$container.append(renderer.domElement);

创建网格曲面

现在创建好一个场景，一个镜头以及一个渲染器（在上述示例中，我选用WebGL做渲染），但是我们还尚未绘制任何内容。Three js实际上还支持部分不同标准的文件类型。如果你有模型需要从Blender，Maya或是Cinema4D导入的，这点特性就显得非常不错。为了简单起见，我讲讲基本物体（primitive）。基本物体是几何网格曲面，或是像球体，平面，立方体和圆柱体这类相对简单的物体。Three js可以让你轻松地创建上述类型的基本物体。

//设置球体变量
var radius = 50,
    segments = 16,
    rings = 16;

// 使用球体几何创建新的网格曲面，接下来我会覆盖上球体材质。
var sphere = new THREE.Mesh(

  new THREE.SphereGeometry(
    radius,
    segments,
    rings),

  sphereMaterial);

// 在场景中添加球体。
scene.add(sphere);

嗯，一切完好，但是球体的材质如何添加呢？在代码中，我们使用了球体材质的变量（sphereMaterial），但是尚未定义，接下来，我们需要更详细的了解下材质方面的内容。

材质

毋庸置疑，这部分内容是Three js最有用的部分。它提供了不少常见（而且非常方便）的材质可覆盖于网格曲面上

1. "基本"材质 ——在无光情况下进行渲染
2. Lambert材质
3. Phong材质 

除此之外还有其他材质，但是为简单起见，读者可自行摸索。在WebGL中，这些材质可是救命的功能。为什么呢？因为在WebGL中，你必须得为所有需要渲染的东西编写着色器（Shader），而着色器本身就是一个庞杂的话题，简单说来，着色器使用GLSL（OpenGL Shader Language）写成。它告诉GPU如何渲染物体的外观。这意味着你需要对光线，反射等等进行模拟。其内容会变得极为复杂。幸亏有了Three js，你不用处理这部分内容。但如果你想自己编写着色器的话，那么你也可以用MeshShaderMaterial来实现，因此它的设置相对灵活。

接下来，我们可对球体运用lambert材质

// 创建球体的材质
var sphereMaterial =new THREE.MeshLambertMaterial({
      color: 0xCC0000
    });

这里值得一提是，除了颜色，你在创建材质时还可以指定其他属性，比如，顺滑度或环境贴图。对于引擎提供的其他物体以及材质的可设置属性选项，你可以访问这个 维基页面查看。

光线

如果你现在就开始渲染场景的话，你只会看到一个红色的圆。虽然我们已经添加了Lambert材质，但是场景中默认是没有光源的。Three js就会归位为全环境光，其等同于表面颜色。我们可以指定一点光源来解决这个问题。

// 创建点光源
var pointLight =new THREE.PointLight(0xFFFFFF);

// 设置光源位置
pointLight.position.x = 10;
pointLight.position.y = 50;
pointLight.position.z = 130;

// 添加至场景
scene.add(pointLight);

渲染循环

所有渲染所需东西已经准备就绪。但实际上我们还需要继续做下面这项工作：

//绘图
renderer.render(scene, camera);

你渲染的次数可能不止一次，所以你需循环渲染，你最好使用requestAnimationFrame来做。它会非常智能的处理浏览器中的动画问题。但是目前还尚未得到完全支持，因此强烈推荐你了解下 Paul Irish这篇内容。

一般物体的属性

如果你有时间阅读Three js的代码，你会发现许多物体继承自Object3D。这一以及基本的对象，包含一些非常有用的属性，比如 位置，  旋度， 缩放比例等信息。我们的球体就是一个继承自Object3D的网格曲面，不过它增添了自身特有的一些属性： 几何及 材质。为什么我要提这些呢?你不可能只想在屏幕上显示一个啥都不能干的球体。这些属性非常值得研究，因为它可以让你随时操控网格曲面的细节之处。

// 球形几何体
sphere.geometry

// 包含的顶点及面。
sphere.geometry.vertices // 一个数组
sphere.geometry.faces // 也是一个数组

// 位置
sphere.position // 包含X，Y，Z
sphere.rotation // 同上
sphere.scale // 同上

小提示

使用Three js时，有一点需要了解：如果你修改网格曲面的顶点时，你注意到在循环渲染中，并没有发生任何变化。为什么？原因就是Three js为了优化性能起见，对网格曲面的数据进行了缓存。这时你需要告诉three js，内容已经发生改动，以便three js重新进行计算。如下：

// 将几何体设置为动态，允许更新
sphere.geometry.dynamic = true;

// 对顶点的改动
sphere.geometry.__dirtyVertices = true;

// 对法线（normals）的改动
sphere.geometry.__dirtyNormals = true;

使用Three js需要注意的不止这点，但是我发现这点最需要注意，你应只标记已做改动的内容，避免无谓的计算。

结论

这里，我希望这篇对three js的简单入门介绍能够帮你。实践出真知，我强烈建议你动手实践。在浏览器中跑3D乐趣不少，而使用three js这样的引擎可为你免掉不少麻烦，使你专注于创造。

为了方便起见，我将这篇文章中涉及的 源代码压缩打包了，供你参考。

原文： http://aerotwist.com/tutorials/getting-started-with-three-js/