Three.js 是一款运行在浏览器中的 3D 引擎，你可以用它在 web 中创建各种三维场景，包括了摄影机、光影、材质等各种对象。使用它可以让我们更加直观的了解 webgl 的世界。
3D 场景前置知识
1.场景(Scene)：是物体、光源等元素的容器，可以配合 chrome 插件使用，抛出 window.scene即可实时调整 obj 的信息和材质信息。
2.相机（Camera）：场景中的相机，代替人眼去观察，场景中只能添加一个，一般常用的是透视相机（PerspectiveCamera）
3.物体对象（Mesh）：包括二维物体（点、线、面）、三维物体，模型等等
4.光源（Light）：场景中的光照，如果不添加光照场景将会是一片漆黑，包括全局光、平行光、点光源等
5.渲染器（Renderer）:场景的渲染方式，如webGL\canvas2D\Css3D。
6.控制器(Control): 可通过键盘、鼠标控制相机的移动
下面我们依次详细学习以上的细分知识点。
相机
Three.js中我们常用的有两种类型的相机：正交（orthographic）相机、透视（perspective）相机。一般情况下为了模拟人眼我们都是使用透视相机； 正交镜头的特点是，物品的渲染尺寸与它距离镜头的远近无关。也就是说在场景中移动一个物体，其大小不会变化。正交镜头适合2D游戏。 透视镜头则是模拟人眼的视觉特点，距离远的物体显得更小。透视镜头通常更适合3D渲染。
THREE.PerspectiveCamera(fov,aspect,near,far)
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| fov | 视野角度，从镜头可以看到的场景的部分。通常3D游戏的FOV取值在60-90度之间较好的默认值为60 |
| aspect | 渲染区域的纵横比。较好的默认值为window.innerWidth/window.innerHeight |
| near | 最近离镜头的距离 |
| far | 远离镜头的距离 |
透视相机示意图：
image
创建摄像机以后还要对其进行移动、然后对准物体积聚的场景中心位置，分别是设置其 position和调用 lookAt 方法，参数均是一个 xyz向量(new THREE.Vector3(x,y,z))
camera.position：控制相机在整个3D环境中的位置（取值为3维坐标对象-THREE.Vector3(x,y,z)）
camera.lookAt：控制相机的焦点位置，决定相机的朝向（取值为3维坐标对象-THREE.Vector3(x,y,z)）
灯光
在Three.js中光源是必须的，如果一个场景你不设置灯光那么世界将会是一片漆黑。Three.js内置了多种光源以满足特定场景的需要。大家可以根据自己的项目需要来选择何种灯光
光源分类
image.png
关于光源的详细 API 大家可以参考 threejs 官网，很详细，demo 也很完整 传送门
Mesh
在计算机的世界里，一条弧线是由有限个点构成的有限条线段连接得到的。当线段数量越多，长度就越短，当达到你无法察觉这是线段时，一条平滑的弧线就出现了。 计算机的三维模型也是类似的。只不过线段变成了平面，普遍用三角形组成的网格来描述。我们把这种模型称之为 Mesh 模型。 在 threeJs 的世界中，材质(Material)+几何体(Geometry)就是一个 mesh。设置其name属性可以通过scene.getObjectByName(name)获取该物体对象;Geometry就好像是骨架，材质则类似于皮肤，对于材质和几何体的分类见下表格
材质分类
| 材质 | 说明 |
|---|---|
| MeshBasicMaterial | 基本的材质，显示为简单的颜色或者显示为线框。不考虑光线的影响 |
| MeshDepthMaterial | 使用简单的颜色，但是颜色深度和距离相机的远近有关 |
| MeshNormalMaterial | 基于面Geometry的法线（normals）数组来给面着色 |
| MeshFacematerial | 容器，允许为Geometry的每一个面指定一个材质 |
| MeshLambertMaterial | 考虑光线的影响，哑光材质 |
| MeshPhongMaterial | 考虑光线的影响，光泽材质 |
| ShaderMaterial | 允许使用自己的着色器来控制顶点如何被放置、像素如何被着色 |
| LineBasicMaterial | 用于THREE.Line对象，创建彩色线条 |
| LineDashMaterial | 用于THREE.Line对象，创建虚线条 |
| RawShaderMaterial | 仅和THREE.BufferedGeometry联用，优化静态Geometry（顶点、面不变）的渲染 |
| SpriteCanvasMaterial | 在针对单独的点进行渲染时用到 |
| SpriteMaterial | 在针对单独的点进行渲染时用到 |
| PointCloudMaterial | 在针对单独的点进行渲染时用到 |
几何图形
2D
image.png
3D
image.png
加载外部模型
一般来讲我们的场景中不可能都是一些奇奇怪怪的形状，或多或少项目中都会用到一些外部的模型资源，不如动物啊，装饰物啊什么的，再加上一些动画，这样整个场景更加显得生动，那么 threejs 中我们可以通过哪些方式来加载外部的模型资源呢？
加载外部模型，是通过Three.js加载器（Loader）实现的。加载器把文本/二进制的模型文件转化为Three.js对象结构。 每个加载器理解某种特定的文件格式。
需要注意的是，由于贴图的尺寸必须是(2的幂数)X (2的幂数)，如：1024X512，所以为了防止贴图变形，平面的宽度比例需要与贴图的比例一致。
支持的格式
| 格式 | 说明 |
|---|---|
| JSON | Three.js自定义的、基于JSON的格式。可以声明式的定义一个Geometry或者Scene.利用该格式，你可以方便的重用复杂的Geometry或Scene |
| OBJ / MTL | OBJ是Wavefront开发的一种简单3D格式，此格式被广泛的支持，用于定义Geometry，MTL用于配合OBJ，它指定OBJ使用的材质 |
| Collada（dae） | 基于XML的格式，被大量3D应用程序、渲染引擎支持 |
| STL | STereoLithography的简写，在快速原型领域被广泛使用。3D打印模型通常使用该格式定义Three.js提供了STLExporter.js，使用它可以把Three.js模型导出为STL格式 |
| CTM | openCTM定义的格式，以紧凑的格式存储基于三角形的Mesh |
| VTK | Visualization Toolkit定义的格式，用于声明顶点和面。此格式有二进制/ASCII两种变体，Three.js仅支持ASCII变体 |
| AWD | 3D场景的二进制格式，主要被away3d引擎使用，Three.js不支持AWD压缩格式 |
| Assimp | 开放资产导入库（Open asset import library）是导入多种3D模型的标准方式。使用该Loader你可以导入多种多样的3D模型格式 |
| VRML | 虚拟现实建模语言（Virtual Reality Modeling Language）是一种基于文本的格式，现已经被X3D格式取代尽管Three.js不直接支持X3D，但是后者很容易被转换为其它格式 |
| Babylon | 游戏引擎Babylon的私有格式 |
| PLY | 常用于存储来自3D扫描仪的信息 |
在项目一开始尝试是使用 dae 文件，后面发现 json 文件更加方便一点，所以最终使用的是 jsonloader 导入 json 文件。json文件可以通过 blender 或者3DsMax 导出，他们都有各自的 export json的插件。在软件中处理好模型贴图和动画以后，导出 json 文件和相应的贴图文件给到前端即可。
var jsonLoader = new THREE.JSONLoader();
jsonLoader.load('model.json', function (geometry, materials) {
materials.forEach(function (mat) {
//这里面可以设置材质的各种信息
mat.skinning = true;
mat.color = new THREE.Color("rgb(233,203,113)"); //模型颜色
mat.emissive = new THREE.Color("rgb(110,110,110)");//自发光颜色
});
var model = new THREE.SkinnedMesh(geometry, new THREE.MeshFaceMaterial(materials));
model.name = “model name”;
scene.add(model);
//下面是播放模型中的动画内容
var sceneAnimationClip = model.geometry.animations[0]
var mixer = new THREE.AnimationMixer(model);
mixers.push(mixer);
var sceneAnimation = mixer.clipAction(sceneAnimationClip);
sceneAnimation.play();
});
同理其他类型的文件也可以使用相应的 loader 导入文件，控制其材质信息和动画播放，具体的可以查看官网的 demo。
粒子
THREE.Sprite
在WebGlRenderer渲染器中使用THREE.Sprite创建的粒子可以直接添加到scene中。创建出来的精灵总是面向镜头的。即不会有倾斜变形之类透视变化，只有近大远小的变化。
比如一个纹理为花瓣的粒子示例：
//花瓣的贴图
var textureList = [
__uri("../../img/flower-1.png"),
__uri("../../img/flower-2.png"),
__uri("../../img/flower-3.png"),
__uri("../../img/flower-4.png"),
__uri("../../img/flower-5.png"),
__uri("../../img/flower-6.png"),
__uri("../../img/flower-7.png"),
__uri("../../img/flower-8.png"),
__uri("../../img/flower-9.png"),
__uri("../../img/flower-10.png")]
var particles = []; //存储生成的粒子
//粒子从Z轴产生区间在-20到20
for (var zpos = -20; zpos < 20; zpos += 0.5) {
var texturerain = textLoader.load(textureList[Math.floor(Math.random() * 10)])
var material = new THREE.SpriteMaterial({
transparent: true,
opacity: util.getRandomInt(0.7, 1),
map: texturerain
}
);
//生成粒子
particle = new THREE.Sprite(material);
particle.name = "particle"
//随即产生x轴,y轴
particle.position.x = Math.random() * 100
particle.position.y = Math.random() * 100;
//设置z轴
particle.position.z = zpos;
//将产生的粒子添加到场景
scene.add(particle);
//将粒子位置的值保存到数组
particles.push(particle);
}
//移动粒子的函数
function updateParticles() {
//遍历每个粒子
for (var i = 0; i < particles.length; i++) {
particle = particles[i];
//设置粒子向前移动的速度依赖于鼠标在平面Y轴上的距离
particle.position.y -= i / particles.length / 50;
particle.position.x -= i / particles.length / 80;
if (particle.position.y < -7) { //溢出视野以后设置回原位置
particle.position.x = Math.random() * 100 - 50;
particle.position.y = 7;
}
}
场景交互
Three.js中并没有直接提供“点击”功能，一开始使用的时候我也觉得一脸懵逼，后来才发现我们可以基于THREE.Raycaster来判断鼠标当前对应到哪个物体,用来进行碰撞检测.
//核心代码
var clickObjects = []; //存储哪些 obj 需要交互
var _raycaster = new THREE.Raycaster();//射线拾取器
var raycAsix = new THREE.Vector2();//屏幕点击点二维坐标
var container = null;
function onMouseMove(event) {
event.preventDefault();
container = document.getElementById("Canvas1");
raycAsix.x = ( (event.pageX - $(container).offset().left) / container.offsetWidth ) * 2 - 1;
raycAsix.y = -( (event.pageY - $(container).offset().top) / container.offsetHeight ) * 2 + 1;
_raycaster.setFromCamera(raycAsix, Camera);
var intersects = _raycaster.intersectObjects(clickObjects);//获取射线上与存储的可被点击物体的集合的交集，集合的第一个物体为距离相机最近的物体，最后一个则为离相机最远的。
if (intersects.length > 0) {
document.body.style.cursor = 'pointer';
console.log(intersects[0].object.name) //打印导入模型时设置的model name
} else {
document.body.style.cursor = 'default';
}
}
其他的交互比如点击事件都是基于此。
动画
场景中如果我们添加了各种 mesh 和模型并给他加入了一些 tweend动画会发现他并不会运动，因为你的场景并没有实时渲染，所以要让场景真的动起来，我们需要用到requestAnimationFrame；关于它的详细使用请大家自行 google,核心代码如下
var requestAnimationFrame = window.requestAnimationFrame
|| window.mozRequestAnimationFrame
|| window.webkitRequestAnimationFrame
|| window.msRequestAnimationFrame;
function animate() {
var delta = clock.getDelta();
if (mixers.length > 0) {
for (var i = 0; i < mixers.length; i++) {
mixers[i].update(delta);
}
}
//Renderer即我们实例化的 webglRender 对象；
updateParticles()
Renderer.clear();
Renderer.render(scene, Camera);
requestAnimationFrame(animate);
//如果有使用 Tween做一些补间动画，也需要在此调用 TWEEN.update();
TWEEN.update();
}
另外我们如果想自己 K 动画也是可以的，不过我觉得应该没有人这么无聊
jsonLoader.load('../resource/hudie.json', function ( geometry, materials ) {
materials.forEach(function (mat){
mat.skinning = true;
mat.color = new THREE.Color("rgb(0,255, 0)");
mat.emissive =new THREE.Color("rgb(255, 0, 255)");
});
var tracks = [];
//NumberKeyframeTrack（name，times，values），依次去K模型的位置，缩放和旋转
tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.position', [ 0, 1, 2 ], [ -15,-5,-7, 0, 0, 0, 5,0.3,-9 ] ) );
tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.scale', [ 0, 1, 2 ], [ 0.04, 0.04, 0.04, 0.04, 0.04, 0.04,
0.04, 0.04, 0.04] ) );
tracks.push( new THREE.NumberKeyframeTrack( '.rotation', [ 0, 1, 2 ], [ 0, 0.2, 0, 0, 0, 0, 0, 0.2, 0.2 ] ) );
var model = new THREE.SkinnedMesh(geometry, new THREE.MeshFaceMaterial(materials));
model.name="蝴蝶";
var clip = new THREE.AnimationClip( 'Action', -1, tracks );
var mixer = new THREE.AnimationMixer( model );
mixers.push(mixer);
mixer.clipAction( clip ).play();
scene.add( model );
} );
总结
因为时间关系以及项目原因，学完以上的知识点差不多可以完成项目的需要了，但是关于 threejs 中其他的知识点，比如骨骼动画啊，第一人称控制等等由于时间关系还没有深入的学习，后续打算进一步的学习这一部分内容并且整理成文档。另外由于 webgl 的自身原因，如果只是一张全景图还好，但如果是加载了大量的模型以及粒子动画等等，那么对电脑的性能也有一定的要求，比如在 mac 下每次一打开相应的网站就能明显的听到风扇呼呼的转。这些瓶颈的问题是 webgl 开发无法避免的问题，毕竟网页的承载和游戏的引擎不是一个级别。最后希望更多的人喜欢 webgl，喜欢 threejs 这个强大的库，感谢Threejs作者带给我们更好的3D开发体验。
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