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用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

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前言

上一篇文章中,小包带大家实现了一个 3D 爱心跳跃效果,代码和实现都不复杂,但没有详细介绍 Threejs 的各种概念和知识,本文小包便使用摄影的故事来讲述 Threejs 的入门知识,带大家撬开 3D 开发的大门。

故事背景

秋冬之际,天气开始逐渐转凉,郁郁葱葱的树啊、花啊都开始零零落落,落叶枯枝装束大地,自然风霜和满世荒凉衍化出一幕幕绝美的画章,万物苍凉却万事尽美,在这按捺不住的美景中,小包便成为了自然的写实之一。

心里想的和手里做的总是有几分差异,摄影技术不达标啊,于是小包就雇了专属model——大帅,来提升自身的摄影水平。

为什么要铺垫一段故事呐?小包感觉 Threejs 的入门其实就是个摄影的过程。不信,咱们一起来瞅瞅。

拍摄准备工作 | Three 三件套

虽然小包是个摄影的初阶选手,但摄影的基本三件套跑不了:选景、相机、拍摄。啪嚓,一张美照就拍好了。Threejs 又是如何对应这三件套呐?

Step1: 场景 scene

大帅对小包的拍摄水平极度不自信,为了保证自己的帅气,必须选一个好的场景,再点缀一番,才愿意当我的模特。

Threejs 中的场景就跟现实选取的背景类似,是一个三维立体空间,是 Threejs 渲染的总容器,后续所有的模型啊、背景啊都会加入到场景中。

// 搭建场景
const scene = new Three.Scene();

Step2: 相机 camera

千辛万苦,终于满足了大帅的选景标准,没想到这小子还有幺蛾子,"包啊,给我介绍介绍你的金刚钻,让我有个底?",竟然还挑剔小包的设备,是可忍熟不可忍。

Threejs 中的相机跟认知的相机没有什么不同,都是来选定显示的范围,同时也支持相机的角度、位置及方向等的调整。

Threejs 提供了两类相机: 透视相机和正交相机。这里介绍一下透视相机。

透视相机的原理与人眼所看的景象类似,共有四个参数:

  • fov: 表示相机的角度范围,类似于人的视角。
  • aspect: 表示渲染窗口的长宽比
  • near/far: near/far 分别代表摄像机的近剪切面和远剪切面,相机只能渲染出 near 和 far 之间的场景

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

接下来就设置一下相机的基本参数并把它添加到场景中。

// 设置相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  45,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);
// 设置相机位置
camera.position.set(0, 2, 4);
// 设置相机朝向
camera.lookAt(0, 0, 0);
// 将相机添加到场景中
scene.add(camera);

Step3: 渲染器 renderer

选景和相机都安排好了,接下来就有请关键人物——战场小包摄影师隆重登场。问题来了,Threejs 中谁来充当摄影师呐?渲染器

Threejs 基于 WebGL 渲染场景,使用 WebGLRenderer 来初始化场景,可以理解程序中的拍摄者,它决定了渲染的结果。

// 设置渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
  antialias: true, // 抗锯齿
});
// 设置渲染器的渲染范围
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 将渲染器的结果渲染到屏幕中
// 可以理解为将拍摄的照片上传
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 拍摄
renderer.render(scene, camera);

拍摄开始

准备工作完成后,到了大帅的表现时间了。无独有偶,Threejs 也提供了类似的概念,称作模型。模型可以简单的理解为三维空间内的各种物体的抽象总结。

模型

模型中有两个重要的概念: 几何体和材质。几何体就是模型的立体几何结构,对应的就是没有装饰(赤裸裸)的大帅;材质就是几何体的装饰,来标明几何体应该如何渲染,渲染成什么样子,就像大帅穿不同的衣服一样。一个基本的模型通常都是由几何体和材质两部分组成。Threejs 官方提供了多种几何体和材质的 API,可供日常开发所用。

模型粗略的可以划分为两类: 利用 API 绘制的简单模型和外部设计的 3D 模型。两类模型本质是相同的,但外部引用的模型通常经过专业人士的设计,比纯使用 API 绘制的精美一些。这里小包各举一个案例。

Case1: 实现立方体

// 创建一个立方体几何体
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
// 创建材质,颜色设置为红色
const meterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: "#ff0000" });
// 将几何体和材质进行组装,生成一个立体模型
const cube = new THREE.Mesh(geometry, meterial);
// 设置立方体位置
cube.position.set(1, 0, 0);
// 将模型添加到网络中
scene.add(cube);

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

用立方体模型来类比小包亲爱的大帅老师太过不尊了(主要怕挨揍),因此小包就寻找了一个比较帅气的 3D 外部模型,顺便介绍一下 3D 模型的导入(后续会有专门的文章介绍外部模型)。

Case2: 外部模型

外部模型的导入并不复杂,但外部模型的格式五花八门,导致模型的导入也有多种方式,Threejs 官方推荐使用 glTF 格式,glTF 专注于在程序运行时呈现三维物体,传输效率高,加载速度快。这里小包主要介绍 glTF 格式模型的引入。

import { GLTFLoader } from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js";
// 使用 GLTFLoader 进行导入
const loader = new GLTFLoader();

loader.load("/model/boxer.glb", (modal) => {
  scene.add(modal.scene);
});

几句简单的代码,就可以成功导入一个精美的外部模型了。

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

轨道控制器

作为一个专业的拍 sir,需要学会反复调整自己的位置来保证拍摄照片的高质量。Threejs 作为最专业的摄影师,提供了 OrbitControls(轨道控制器)组件,该组件可以使得相机围绕目标进行轨道运动,咱们来看一下具体效果。

// 引入轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";

// 声明控制器并更新
controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.update();

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

模型动效

为了更深刻的压榨大帅老师,小包让他疯狂的摆动作,疯狂的动,疯狂的抓拍,嘿嘿,全是黑照。

同样的,咱们也得让 Threejs 的模型动起来,来制造更多炫酷的效果。

上一篇文章我们借助 requestAnimationFrame 形成了帧动画效果,Threejs 的动效实现也是类似的,在每帧中修改对应想运动的属性。

例如添加一个让 model 转起来的效果,即在 render 函数中不断修改 model 的 rotation 值。

function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  cube.rotation.y += 0.01;
  renderer.render(scene, camera);
}

animate();

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

上面的方案成功实现了模型的简单动效,但 Threejs 场景中通常不会只有一个模型,如果存有多个模型的动效,上面的方法就有点捉襟见肘了。

gsap 闪亮登场,想必好多大佬都已经使用过 gsap,gsap 作为一个老牌的动画库,用来配合 Threejs 最合适不过了。

// 给大帅和立方体同时添加一下动画效果
gsap.to(cube.position, { x: 2, duration: 10 });
gsap.to(model.rotation, { y: Math.PI, duration: 10 });

用摄影的故事来敲开 Threejs 世界的大门

自适应

还有一个很基础的情况,当渲染的画布发生变化后,场景和相机应该对应自适应发生变化,可以类比于自动聚焦效果。

// 监听 resize 事件
// 更新renderer渲染大小
// 更新相机渲染长宽比及渲染矩阵
window.addEventListener("resize", () => {
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
});

总结

本文以小包日常摄影的故事带大家一起捋了一遍 Threejs 的基础入门知识,下面来总结一下初级阶段 Threejs 开发具体流程,这也是 Threejs 初级开发的基本框架。

Step1: 摄影三件套

  1. 定义场景
  2. 设置相机
  3. 设置渲染器
const scene = new Three.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  45,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);
camera.position.set(0, 2, 4);
camera.lookAt(0, 0, 0);
scene.add(camera);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
  antialias: true,
});
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
renderer.render(scene, camera);

Step2: 添加模型

const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const meterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: "#ff0000" });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, meterial);
cube.position.set(1, 0, 0);
scene.add(cube);

Step3: 添加轨道渲染器

import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.update();

Step4: 设置自适应

window.addEventListener("resize", () => {
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
});

Step5: 设置动效

function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  cube.rotation.y += 0.01;
  renderer.render(scene, camera);
}
animate();

后语

我是 战场小包 ,一个快速成长中的小前端,希望可以和大家一起进步。

一路加油,冲向未来!!!

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