Three.js——聚光灯、环境光、点光源、平行光、半球光

news2024/11/23 15:06:21

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内容参考链接
WebGL专栏WebGL 入门
Three.js（一）创建场景、渲染三维对象、添加灯光、添加阴影、添加雾化
Three.js（二）scene场景、几何体位置旋转缩放、正射投影相机、透视投影相机

文章目录

    • 前言
    • GUI 图形用户界面
    • 一、聚光灯
    • 二、环境光
    • 三、点光源
    • 四、平行光
    • 五、半球光
    • 总结

前言

大家好，这里是前端杂货铺。

上篇文章我们学习了 scene场景、几何体位置旋转缩放、正射投影相机、透视投影相机。接下来，我们继续我们 three.js 的学习！

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。

GUI 图形用户界面

GUI （图形用户界面）是一种用户界面形式，它允许用户通过图形元素（如窗口、菜单、按钮）与电子设备（如计算机、智能手机和平板电脑）进行交互。

如 three.js 官网中，我们可以通过鼠标拖动红框内的任意线条进行修改属性，从而达到修改属性并实时呈现效果的目的。

在这里插入图片描述

对于以下光源，我们封装一下，使用 GUI 进行操作，总体代码如下：

./controls/index.js

// 定义基础类型，这里面存放的是光源的参数
const basicType = {
    // 颜色。默认为一个白色（0xffffff）的 Color 对象。
    color: {
        method: 'addColor',
        getValue: item => item.color.getStyle(),
        setValue: (item, value) => item.color.setStyle(value),
    },
    // 
    skyColor: {
        method: 'addColor',
        getValue: item => item.skyColor.getStyle(),
        setValue: (item, value) => item.skyColor.setStyle(value),
    },
    // 光照强度。默认值为 1
    intensity: {
        method: 'add',
        extends: [0, 2],
        getValue: item => item.intensity,
        setValue: (item, value) => item.intensity = +value,
    },
    // 光源照射的最大距离。默认值为 0（无限远）
    distance: {
        method: 'add',
        extends: [0, 1],
        getValue: item => item.distance,
        setValue: (item, value) => item.distance = +value,
    },
    // 光线照射范围的角度。默认值为 Math.PI/3
    angle: {
        method: 'add',
        extends: [0, Math.PI / 2],
        getValue: item => item.angle,
        setValue: (item, value) => item.angle = +value,
    },
    // 决定了光线强度递减的速度。
    exponent: {
        method: 'add',
        extends: [0, 20],
        getValue: item => item.exponent,
        setValue: (item, value) => item.exponent = +value,
    }
}

// 存放光源类型及光源对应的属性
const itemType = {
    SpotLight: ['color', 'intensity', 'distance', 'angle', 'exponent'], // 聚光灯
    AmbientLight: ['color'], // 环境光
    PointLight: ['color', 'intensity', 'distance'], // 点光源
    DirectionalLight: ['color', 'intensity'], // 平行光
    HemisphereLight: ['groundColor', 'intensity'] // 半球光
}

function initControls(item) {
    const typeList = itemType[item.type];
    const controls = {};

    if (!typeList || !typeList.length) {
        return;
    }
	
	// 创建 gui 实例
    const gui = new dat.GUI();

    for (let i = 0; i < typeList.length; i++) {
        const child = basicType[typeList[i]];
        if (child) {
            controls[typeList[i]] = child.getValue(item);

            const childExtends = child.extends || [];

			// 监听变化，设置 value
            gui[child.method || 'add'](controls, typeList[i], ...childExtends).onChange((value) => {
                child.setValue(item, value);
            })
        }
    }
}

一、聚光灯

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。

聚光灯产生的是锥形效果，可以想象一下手电筒、路灯等光源。它需要设置光源的位置，以便产生我们需要的阴影效果。

new THREE.SpotLight(color, intensity, distance, angle, exponent)
参数名称描述默认值
color光源颜色无
intensity光照强度1
distance光源到光源结束的距离0（不会随着距离衰减）
angle光源颜色Math.PI / 3
exponent沿着光照距离的衰退量10
<!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>
    <script src="../lib/three/dat.gui.js"></script>
    <script src="../controls/index.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(1, 1, 1);
        // 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: false
        })
        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);
        spotLight.shadowMapWidth = 3456; // 分辨率宽度
        spotLight.shadowMapHeight = 3456; // 分辨率高度 越大越清晰但也越消耗性能

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

        // 接收阴影
        plane.receiveShadow = true;

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

        renderer.shadowMapEnabled = true;
        
        initControls(spotLight);

        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>

聚光灯

二、环境光

环境光不需要设置位置，对整个场景内的对象都生效。
它没有特定的来源，也不会影响阴影的形成。
它不能作为场景内的唯一光源，需要配合其他光源使用。
它的作用是用来 减弱阴影，或者给物体添加一些颜色。

new THREE.AmbientLight(0x000000);
参数名称描述默认值
color光源颜色白色（0xffffff）
intensity光照强度1
<!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>
    <script src="../lib/three/dat.gui.js"></script>
    <script src="../controls/index.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(1, 1, 1);
        // 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.MeshLambertMaterial({
            color: 0x00ff00,
            wireframe: false
        })
        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);

        // 添加环境光
        const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x000000);
        scene.add(ambientLight);

        // 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;

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

        renderer.shadowMapEnabled = true;
        
        initControls(ambientLight);

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

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

</html>

环境光

三、点光源

单点发光，照射所有方向的光源（需要设置光源位置），它也不会生成阴影。

new THREE.PointLight(color, intensity, distance, decay);
参数名称描述默认值
color光源颜色白色（0xffffff）
intensity光照强度1
distance光源照射的最大距离0（无限远）
decay沿着光照距离的衰退量2
<!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>
    <script src="../lib/three/dat.gui.js"></script>
    <script src="../controls/index.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(1, 1, 1);
        // 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.MeshLambertMaterial({
            color: 0x00ff00,
            wireframe: false
        })
        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);

        // 添加环境光
        const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x000000);
        scene.add(ambientLight);

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

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

        // 接收阴影
        plane.receiveShadow = true;

        renderer.shadowMapEnabled = true;
        
        initControls(pointLight);

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

            // 渲染
            renderer.render(scene, camera);
            requestAnimationFrame(animation);
        }

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

</html>

点光源

四、平行光

平行光，即太阳光，会生成阴影。

new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
参数名称描述默认值
color光源颜色白色（0xffffff）
intensity光照强度1
<!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>
    <script src="../lib/three/dat.gui.js"></script>
    <script src="../controls/index.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(1, 1, 1);
        // 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.MeshLambertMaterial({
            color: 0x00ff00,
            wireframe: false
        })
        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);

        // 添加环境光
        const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x000000);
        scene.add(ambientLight);

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

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

        // 接收阴影
        plane.receiveShadow = true;
        directionalLight.castShadow = true;
        renderer.shadowMapEnabled = true;

		// 定义阴影相机的投影范围，用于平行光的阴影渲染，确定在场景中的覆盖范围
        directionalLight.shadowCameraLeft = -50;
        directionalLight.shadowCameraRight = 50;
        directionalLight.shadowCameraTop = 50;
        directionalLight.shadowCameraBottom = -50;
        directionalLight.shadowCameraNear = 2;
        directionalLight.shadowCameraFar = 200;

        directionalLight.shadowMapWidth = 4096;
        directionalLight.shadowMapHeight = 4096;
        
        initControls(directionalLight);

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

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

</html>

平行光

五、半球光

半球光模拟室外自然光照，不会生成阴影。

// skyColor groundColor intensity
new THREE.HemisphereLight(0xff00ff, 0x00ff00, 1);
参数名称描述默认值
skyColor模拟天空光源颜色白色（0xffffff）
groundColor模拟地面光源颜色白色（0xffffff）
intensity光照强度1
<!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>
    <script src="../lib/three/dat.gui.js"></script>
    <script src="../controls/index.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(1, 1, 1);
        // 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.MeshLambertMaterial({
            color: 0x00ff00,
            wireframe: false
        })
        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);

        // 添加环境光
        const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x000000);
        scene.add(ambientLight);

        // 添加灯光
        const hemisphereLight = new THREE.HemisphereLight(0xff00ff, 0x00ff00);
        hemisphereLight.position.set(-10, 10, 30);
        scene.add(hemisphereLight);

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

        // 接收阴影
        plane.receiveShadow = true;
        renderer.shadowMapEnabled = true;
        
        initControls(hemisphereLight);

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

            hemisphereLight.position.z -= 0.1;
 
            // 渲染
            renderer.render(scene, camera);
            requestAnimationFrame(animation);
        }

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

</html>

半球光

总结

本篇文章我们讲解了光源的基本使用，包括聚光灯、环境光、点光源、平行光和半球光。我们首先熟悉了GUI工具，然后经过逻辑封装使用在这一些列光源中。

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：

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

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