ThreeJS简介介绍
OpenGL,WebGL到Three.js
WebGL是基于OpenGL设计的面向web的图形标准,提供了一系列JavaScript API,通过这些API进行图形渲染将得以利用图形硬件从而获得较高性能。
而Three.js是通过对WebGL接口的封装与简化而形成的一个易用的图形库。
简单点的说法threejs=three + js,three表示3D的意思,js表示javascript的意思。那么合起来,three.js就是使用javascript 来写3D程序的意思。而javascript的计算能力因为google的V8引 擎得到了迅猛的增强,做3D程序,做服务器都没有问题。
WebGL门槛相对较高,需要相对较多的数学知识(线性代数、解析几何)。因此,想要短时间上手WebGL还是挺有难度的。 Three.js对WebGL提供的接口进行了非常好的封装,简化了很多细节,大大降低了学习成本。并且,几乎没有损失WebGL的灵活性。
因此,从Three.js入手是值得推荐的,这可以让你在较短的学习后就能面对大部分需求场景。
Three.js的学习问题
通常这种流行的库都有很完善的文档,很多时候跟着官方的文档或官方的入门教程学习就是最好的路线。但Three不是的,它的文档对初学者来说太过简明扼要。
不过官方提供了非常丰富的examples,几乎所有你需要的用法都在某个example中有所体现。但这些example不太适合用来入门,倒是适合入门之后的进一步学习。
这里推荐一些相对较好的教程:
- Three.js入门指南 :这是一份很好的Three.js 轻量级入门教程,作者文笔很好,基础知识讲解得简明易懂。
- Three.js开发指南(第一版中文版)
- Learning Three.js- Second Edition
- Learning Three.js:The JavaScript 3D Library for WebGL是现在不多的也是最好的Three.js入门书,比较全面地讲解了Three.js的各种功能。 如果有能力的话,建议阅读英文版第二版,出版于2015年,与现在的Three.js区别很小。 中文版翻译自出版于2012年的原书第一版,大部分概念是适用的,但很多细节已经有所改变。
- Three.js入门教程 :这是对国外一份教程的翻译,一共六篇文章。讲解不多,更多的是展示各个基本功能怎么用。更适合有一些图形基础的同学。
剖析源目录结构
- 先去下载代码,它的地址是: https://github.com/mrdoob/three.js。 如图所示:
- 用解压软件解开刚才的源码包,各个目录如上所示。
Build目录:包含两个文件,three.js 和three.min.js 。这是three.js最终被引用的文件。一个已经压缩,一个没有压缩的js文件。
Docs目录:这里是three.js的帮助文档,里面是各个函数的api,可惜并没有详细的解释。试图用这些文档来学会three.js是不可能的。
Editor目录:一个类似3D-max的简单编辑程序,它能创建一些三维物体。
Examples目录:一些很有趣的例子demo,可惜没有文档介绍。对图像学理解不深入的同学,学习成本非常高。
Src目录:源代码目录,里面是所有源代码。
Test目录:一些测试代码,基本没用。
Utils目录:存放一些脚本,python文件的工具目录。例如将3D-Max格式的模型转换为three.js特有的json模型。
.gitignore文件:git工具的过滤规则文件,没有用。
CONTRIBUTING.md文件:一个怎么报bug,怎么获得帮助的说明文档。
LICENSE文件:版权信息。
README.md文件:介绍three.js的一个文件,里面还包含了各个版本的更新内容列表。
Three.js中的一些概念
要在屏幕上展示3D图形,思路大体上都是这样的:
1、构建一个三维空间
Three中称之为场景(Scene)
2、选择一个观察点,并确定观察方向/角度等
Three中称之为相机(Camera)
3、在场景中添加供观察的物体
Three中的物体有很多种,包括Mesh,Line,Points等,它们都继承自Object3D类
4、将观察到的场景渲染到屏幕上的指定区域
Three中使用Renderer完成这一工作
Scene
场景是所有物体的容器,也对应着我们创建的三维世界。
Camera
坐标系
Camera是三维世界中的观察者,为了观察这个世界,首先我们要描述空间中的位置。 Three中使用采用常见的右手坐标系定位。
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/548763/202207/548763-20220729101614048-1228290108.jpg)
三维投影
Three中的相机有两种,分别是正投影相机THREE.OrthographicCamera和透视投影相机THREE.PerspectiveCamera。![](https://img2022.cnblogs.com/blog/548763/202207/548763-20220729101807549-395786774.jpg)
正交投影与透视投影的区别如上图所示,左图是正交投影,物体发出的光平行地投射到屏幕上,远近的方块都是一样大的;右图是透视投影,近大远小,符合我们平时看东西的感觉。
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/548763/202207/548763-20220729102119192-716548087.jpg)
这里补充一个视景体的概念:视景体是一个几何体,只有视景体内的物体才会被我们看到,视景体之外的物体将被裁剪掉。这是为了去除不必要的运算。
正交投影相机的视景体是一个长方体,OrthographicCamera的构造函数是这样的:
OrthographicCamera( left, right, top, bottom, near, far )
Camera本身可以看作是一个点,left则表示左平面在左右方向上与Camera的距离。另外几个参数同理。于是六个参数分别定义了视景体六个面的位置。
可以近似地认为,视景体里的物体平行投影到近平面上,然后近平面上的图像被渲染到屏幕上。
2)透视投影相机
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/548763/202207/548763-20220729102230758-136469237.jpg)
透视投影相机的视景体是个四棱台,它的构造函数是这样的:
PerspectiveCamera( fov, aspect, near, far )
透视投影相机很符合我们通常的看东西的感觉,因此大多数情况下我们都是用透视投影相机展示3D效果。
Objects
有了相机,总要看点什么吧?在场景中添加一些物体吧。
Three中供显示的物体有很多,它们都继承自Object3D类,这里我们主要看一下Mesh和Points两种。
1)Mesh
我们都知道,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。线段很多时,看起来就是一条平滑的弧线了。
计算机中的三维模型也是类似的,普遍的做法是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。
![](https://img2022.cnblogs.com/blog/548763/202207/548763-20220729102846306-713212760.jpg)
这是那只著名的斯坦福兔子。它在3D图形中的地位与数字图像处理领域中著名的lena是类似的。
看这只兔子,随着三角形数量的增加,它的表面越来越平滑/准确。
在Three中,Mesh的构造函数是这样的:
Mesh( geometry, material )
不止是Mesh,创建很多物体都要用到这两个属性。下面我们来看看这两个重要的属性。
2)Geometry
Geometry,形状,相当直观。Geometry通过存储模型用到的点集和点间关系(哪些点构成一个三角形)来达到描述物体形状的目的。
Three提供了立方体(其实是长方体)、平面(其实是长方形)、球体、圆形、圆柱、圆台等许多基本形状;
你也可以通过自己定义每个点的位置来构造形状;
对于比较复杂的形状,我们还可以通过外部的模型文件导入。
3)Material
Material,材质,这就没有形状那么直观了。
材质其实是物体表面除了形状以为所有可视属性的集合,例如色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度。
这里讲一下材质(Material)、贴图(Map)和纹理(Texture)的关系。
材质上面已经提到了,它包括了贴图以及其它。
贴图其实是‘贴’和‘图’,它包括了图片和图片应当贴到什么位置。
纹理嘛,其实就是‘图’了。
Three提供了多种材质可供选择,能够自由地选择漫反射/镜面反射等材质。
4)Points
讲完了Mesh,我们来看看另一种Object——Points。
Points其实就是一堆点的集合,它在之前很长时间都被称为ParticleSystem(粒子系统),r68版本时更名为PointCloud,r72版本时才更名为Points。更名主要是因为,Mr.doob认为,粒子系统应当是包括粒子和相关的物理特性的处理的一套完整体系,而Three中的Points简单得多。因此最终这个类被命名为Points。
5)Light
神说:要有光!
光影效果是让画面丰富的重要因素。
Three提供了包括环境光AmbientLight、点光源PointLight、 聚光灯SpotLight、方向光DirectionalLight、半球光HemisphereLight等多种光源。
只要在场景中添加需要的光源就好了。
6)Renderer
在场景中建立了各种物体,也有了光,还有观察物体的相机,是时候把看到的东西渲染到屏幕上了。这就是Render做的事情了。
Renderer绑定一个canvas对象,并可以设置大小,默认背景颜色等属性。
调用Renderer的render函数,传入scene和camera,就可以把图像渲染到canvas中了。
让画面动起来
很简单的想法,改变场景中object的位置啊角度啊各种属性,然后重新调用render函数渲染就好了。
那么重新渲染的时机怎么确定?
HTML5为我们提供了requestAnimFrame,它会自动在每次页面重绘前调用传入的函数。
如果我们一开始这样渲染:
function render() { renderer.render(scene, camera); }
只需要改成这样:
function render() { requestAnimationFrame(render); object.position.x += 1; renderer.render(scene, camera); }
object就可以动起来了!
举个例子
下面我们用一个简单的例子来梳理一下这个过程。
首先写一个有Canvas元素的页面吧。
<!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>立方体</title> <script src="http://sqimg.qq.com/qq_product_operations/mma/javanli_test/lib/three.min.js"></script> <style type="text/css"> html, body { margin: 0; padding: 0; } #three_canvas { position: absolute; width: 100%; height: 100%; } </style> </head> <body> <canvas id="three_canvas"></canvas> </body> </html>
下面来做Javascript的部分
首先初始化Renderer
function initRenderer() { width = document.getElementById('three_canvas').clientWidth; height = document.getElementById('three_canvas').clientHeight; renderer = new THREE.WebGLRenderer({ //将Canvas绑定到renderer canvas: document.getElementById('three_canvas') }); renderer.setSize(width, height);//将渲染的大小设为与Canvas相同 renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);//设置默认颜色与透明度 }
初始化场景:
function initScene() { scene = new THREE.Scene(); }
初始化相机:
function initCamera() { //简单的正交投影相机,正对着视口的中心,视口大小与Canvas大小相同。 camera = new THREE.OrthographicCamera(width / -2, width / 2, height / 2, height / -2, 1, 1000); //设置相机的位置 camera.position.x = 0; camera.position.y = 0; camera.position.z = 200; //设置相机的上方向 camera.up.x = 0; camera.up.y = 1; camera.up.z = 0; //设置相机聚焦的位置(其实就是确定一个方向) camera.lookAt({ x: 0, y: 0, z: 0 }); }
这里我们创建了一个正交投影相机,这里我将视景体大小与屏幕分辨率保持一致只是为了方便,这样坐标系中的一个单位长度就对应屏幕的一个像素了。
我们将相机放在Z轴上,面向坐标原点,相机的上方向为Y轴方向,注意up的方向和lookAt的方向必然是垂直的(类比自己的头就知道了)。
下面添加一个立方体到场景中:
function initObject() { //创建一个边长为100的立方体 var geometry = new THREE.CubeGeometry(100, 100, 100); object = new THREE.Mesh(geometry, new THREE.MeshNormalMaterial()); scene.add(object); }
在这个简单的demo里我不打算添加光影效果,而法向材质对光也是没有反应的。 最后来创建一个动画循环吧
function render() { requestAnimationFrame(render); object.rotation.x += 0.05; object.rotation.y += 0.05; renderer.render(scene, camera); }
每次重绘都让这个立方体转动一点点。 当页面加载好时,调用前面这些函数就好了。
function threeStart() { initRenderer(); initCamera(); initScene(); initObject(); render(); } window.onload = threeStart();
参考资料
转: https://www.jianshu.com/p/e81a1ee6dca3