Three.js——创建场景、渲染三维对象、添加灯光、添加阴影、添加雾化

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内容	参考链接
WebGL专栏	WebGL 入门

文章目录

- 前言
- 一、创建场景
- 二、渲染三维对象
- 三、旋转动画
- 四、添加灯光
- 五、添加阴影
- 六、添加雾化
- 总结

前言

大家好，这里是前端杂货铺。

原 three.js 专栏

本专栏将以更清晰专业的方式记录并讲解 three.js 相关的基础知识。

在学习的过程中，如若需要深入了解或扩展某些知识，可以自行查阅 => three.js官方文档

一、创建场景

在渲染三维对象之前我们需要以下几个对象：场景（scene）、相机（camera）和渲染器（renderer），这样我们就能透过摄像机渲染出场景。

场景用于存放我们需要的物体（比如桌子放在房间里，那么此时房间就是场景，桌子就是物体）。

相机用于拍摄我们场景中的物体，它包括 PerspectiveCamera（透视摄像机：用来模拟人眼所看到的景象，近大远小）和 OrthographicCamera（正交摄像机：渲染的图片中物体的大小都保持不变）。

渲染器 用于把场景和场景里面的物体渲染到我们的屏幕上。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <script>
        // 创建场景
        const scene = new THREE.Scene();
        // 创建相机 参数：视野角度、长宽比、近截面、远截面
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
        // 设置相机位置
        camera.position.set(0, 0, 20);

        // 创建渲染器
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        // 设置渲染器尺寸
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        // 将渲染器的 canvas 添加到 body 中
        document.body.appendChild(renderer.domElement);
    </script>
</body>

</html>

此时的 renderer 是一个庞大的对象，renderer.domElement 其实就是一个 canvas，它此刻代表着我们屏幕上的黑色场景。

在这里插入图片描述

二、渲染三维对象

我们可以在场景中渲染的三维对象有很多种，比如：立方体、球体、椎体、圆柱体…

接下来，我们在刚刚创建好的场景中添加一个立方体。其实也很简单，我们只需要创建 立方缓冲几何体 实例，然后定义一个材质，最后通过 mesh 网格 构建出来几何体添加到场景中即可。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <script>
        // 创建场景
        const scene = new THREE.Scene();
        // 创建相机 视野角度、长宽比、近截面、远截面
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
        // 设置相机位置
        camera.position.set(0, 0, 20);

        // 创建渲染器
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        // 设置渲染器尺寸
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

        // 将渲染器的 canvas 添加到 body 中
        document.body.appendChild(renderer.domElement);

        // 添加立方体
        const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);
        // 创建立方体材质
        const cubeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({
            color: 0xff0000, // 立方体颜色
            wireframe: true //  是否将几何体渲染为线框
        });
        // 基于以三角形为 polygon mesh（多边形网格）的物体的类 => 此时就是立方体
        const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);

        // 添加到场景
        scene.add(cube);
        // 渲染
        renderer.render(scene, camera);
    </script>
</body>

</html>

在这里插入图片描述

若把 wireframe 置为 false，则渲染出的为几何体

在这里插入图片描述

三、旋转动画

接下来，我们来让刚刚被渲染出来的三维对象旋转起来，看一下它的总体形态。

在此，我们使用 window.requestAnimationFrame()，它会告诉浏览器——你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行。

requestAnimatingFrame 相较于 setTimeout 的优点：为了提高性能和电池寿命，在大多数浏览器里，当 requestAnimationFrame() 运行在后台标签页或者隐藏的 <iframe> 里时，requestAnimationFrame() 会被暂停调用以提升性能和电池寿命。（总而言之，requestAnimatingFrame 有更高的效率！）

requestAnimationFrame 通常每秒执行 60 次，相当于每 0.01667s 执行一次，即 60帧。

下面代码中的 rotation 用于控制立方体的绕轴旋转，通过 requestAnimationFrame 设置每单位时间立方体绕 x 轴旋转 0.01，绕 y 轴也旋转 0.01。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <script>
        // 创建场景
        const scene = new THREE.Scene();
        // 创建相机 视野角度、长宽比、近截面、远截面
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
        // 设置相机位置
        camera.position.set(0, 0, 20);

        // 创建渲染器
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        // 设置渲染器尺寸
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        console.log(renderer);
        // 将渲染器的 canvas 添加到 body 中
        document.body.appendChild(renderer.domElement);

        // 添加立方体
        const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);
        // 创建立方体材质
        const cubeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({
            color: 0xff0000,
            wireframe: true
        });

        const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);

        // 添加到场景
        scene.add(cube);

        const animation = () => {
            cube.rotation.x += 0.01;
            cube.rotation.y += 0.01;
            // 渲染
            renderer.render(scene, camera);
            requestAnimationFrame(animation);
        }

        animation();
    </script>
</body>

</html>

立方体旋转动画

四、添加灯光

接下来，我们在场景中添加一个聚光灯光照 SpotLight（光线从一个点沿一个方向射出，随着光线照射的变远，光线圆锥体的尺寸也逐渐增大）。从而模拟出有光照打在物体上的立体效果。

也很简单，我们只需要创建聚光灯实例，给它传递一个白色，设置合适的位置添加到场景中即可。

需要注意的是：添加灯光时的材质需要改为 MeshLambertMaterial，因为 MeshBasicMaterial 不支持添加材质。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <script>
        // 创建场景
        const scene = new THREE.Scene();
        // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
        // 设置相机位置
        camera.position.set(0, 0, 20);

        // 创建渲染器
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        // 设置渲染器尺寸
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        document.body.appendChild(renderer.domElement);

        // 添加立方体
        const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);
        // 创建立方体材质
        const cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({
            color: 0xff0000,
            wireframe: false
        });

        const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);

        // 添加到场景
        scene.add(cube);

        // 添加灯光
        const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
        spotLight.position.set(-10, 10, 10);
        scene.add(spotLight);

        const animation = () => {
            cube.rotation.x += 0.01;
            cube.rotation.y += 0.01;
            
            // 渲染
            renderer.render(scene, camera);
            requestAnimationFrame(animation);
        }

        animation();
    </script>
</body>

</html>

添加灯光

五、添加阴影

接下来，我们创建一个平面，模拟出实体旋转时映射到平面上的阴影效果。

平面的创建和实体差不多，都是先创建实例和材质，之后通过 mesh 创建出平面，最后调整到合适的位置添加到场景中即可。

此场景中，我们还创建了个球体，总体创建方式都一样。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <style>
        * {
            margin: 0;
            padding: 0;
        }
    </style>
</head>

<body>
    <script>
        // 创建场景
        const scene = new THREE.Scene();
        // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
        const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
        // 设置相机位置
        camera.position.set(0, 0, 20);

        // 创建渲染器
        const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        // 设置渲染器尺寸
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        document.body.appendChild(renderer.domElement);

        // 添加立方体
        const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);
        // 创建立方体材质
        const cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({
            color: 0xff0000,
            wireframe: false
        });

        const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);

        // 添加到场景
        scene.add(cube);

        // 添加球体
        const sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
        // 创建球体材质
        const sphereMatrial = new THREE.MeshBasicMaterial({
            color: 0x00ff00,
            wireframe: true
        })
        const sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMatrial);

        sphere.position.x = 3;
        sphere.position.y = 1;

        // 添加到场景
        scene.add(sphere);

        // 添加平面，用来接收阴影
        const planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(20, 30);
        const planeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({
            color: 0x999999
        });
        const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);

        plane.rotateZ(20);
        plane.position.z = -10;
        plane.position.x = 3;

        scene.add(plane);

        // 添加灯光
        const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
        spotLight.position.set(-10, 10, 90);
        scene.add(spotLight);

        // 产生阴影
        cube.castShadow = true;
        sphere.castShadow = true;

        // 接收阴影
        plane.receiveShadow = true;
        sphere.receiveShadow = true;

        // 设置灯光开启阴影
        spotLight.castShadow = true;

        renderer.shadowMapEnabled = true;

        const animation = () => {
            cube.rotation.x += 0.01;
            cube.rotation.y += 0.01;

            sphere.rotation.x += 0.01;
            sphere.rotation.y += 0.01;
            // 渲染
            renderer.render(scene, camera);
            requestAnimationFrame(animation);
        }

        animation();
    </script>
</body>

</html>

添加物体阴影

六、添加雾化

添加雾化很简单，我们只需要在场景中添加一个 线性雾 实例即可。

// 雾化
scene.fog = new THREE.Fog(0xffffff, 1, 50);

添加雾化

总结

本篇文章我们熟悉了如何创建场景、怎么渲染出三维对象、如何进行灯光、阴影、雾化的添加等。知识点的总体难度较低，这也是 three.js 的强大之处，它暴露出了很多 API 供我们使用，极大的方便了我们对于实体的创建及操作。

更多内容扩展请大家自行查阅 => three.js官方文档，真心推荐读一读！！

好啦，本篇文章到这里就要和大家说再见啦，祝你这篇文章阅读愉快，你下篇文章的阅读愉快留着我下篇文章再祝！

参考资料：

Three.js 官方文档
WebGL+Three.js 入门与实战【作者：慕课网_yancy】

在这里插入图片描述