webGL的3D世界主要由三大要素构成:场景(scene)、相机(camera)和渲染器(renderer),三者缺一不可。渲染的原理是:我们将创建的物体,添加到场景中,再通过相机(可以理解为人的视角)渲染到渲染器,从而呈现在网页中。three.js是webGL一款比较热门的类库,本文以"three.js": "^0.77.1"为例,通过网上教程和自身实践整理成这篇笔记。
1.场景(scene)
场景就是所有物体的容器,只需创建一个。假设我们要显示一个苹果,那么就将苹果加入到场景中即可,多个物体可加入到一个场景。
构造函数:
var scene = new THREE.Scene();
2.相机(camera)
相机决定了场景中哪个角度的景色会显示出来,就像人的视角,分为正投影相机(THREE.OrthographicCamera)和透视投影相机(THREE.PerspectiveCamera),正投影和透视投影的区别是:透视投影有一个基本点,就是远处的物体比近处的物体小,一般我们采用透视投影相机的情况比较多。
构造函数:
//正投影相机
var camera = new THREE.OrthographicCamera(left, right, top, bottom, near, far);
//参数详解:
//left:左平面距离相机中心点的垂直距离
//right:右平面距离相机中心点的垂直距离
//top:顶平面距离相机中心点的垂直距离
//bottom:底平面距离相机中心点的垂直距离
//near:近平面距离相机中心点的垂直距离
//far:远平面距离相机中心点的垂直距离
//透视投影相机
var camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far)
//参数详解:
//视角fov:可以理解为视角的大小,如果设置为0,相当于没有了视角,什么也看不到;如果为180,那么可以认为你的视界很广阔,但在180度的时候,往往物体很小,因为物体在你整个可视区域中的比例变小了
//近平面near:表示近处的裁面的距离,也可以认为是眼睛到近处的距离,不能为负数
//远平面far:表示远处的裁面的距离
//纵横比aspect:实际窗口的纵横比,即宽度除以高度,这个值越大,说明宽度越大
3.渲染器(renderer)
渲染器决定了渲染结果应挂接在页面的什么元素上,并以怎样的方式绘制。
构造函数:
var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);//设置渲染区域大小
document.body.appendChild(renderer, domElement);//渲染在domElement并挂接到body下
renderer.render(scene, camera); //将场景通过相机视角渲染出来
如果要让物体动起来,那么我们可以利用循环渲染:requestAnimationFrame
4.光源
光是我们看见物体的关键,用Light表示,是所有光源的基类,底下还有很多分类,我举几个最常用的:
环境光:环境光是经过多次反射惹来的光,无法确定其最初的方向,是一种无处不在的光。环境光源放出的光线被认为来自任何方向。因此,当你仅为场景设定环境光时,所有的物体无论法向量如何,都将表现为同样的明暗程度。
构造函数:
THREE.AmbientLight(hex); //hex为一个16进制的颜色值
平行光:是一组没有衰减的平行的光线,类似太阳光的效果
THREE.DirectionalLight(hex, intensity)
点光源:由这种光源放出的光线来自同一点,且方向辐射自四面八方
THREE.PointLight(color, intensity, distance);
//color代表光的颜色
//intensity:代表光的强度,默认1.0,表示100%强度的灯光
//distance:代表光的距离,从光源所在的位置,经过distance这段距离之后,光的强度将从Intensity衰减为0,默认0.0,表示光源强度不衰减
聚光灯:这种光源的光线从一个椎体中射出,在被照射的物体上产生聚光的效果
THREE.SpotLight(hex, intensity, distance, angle, exponent)
//angle:聚光灯着色的角度,用弧度作为单位,这个角度是和光源的方向形成的角度
//exponent:光源模型中,衰减的一个参数,越大衰减越快
5.物体
创建一个物体可以包含多种元素,几何体,材质,纹理等,创建一个小球的简单示例:
let geometry =new THREE.SphereGeometry(3, 16, 16); //球体
let material = new THREE.MeshPhongMaterial({color:0x48D1CC,specular:0xffffff,shininess:100}); //材质
var ball = new THREE.Mesh(geometry, material); //两者共同组成一个球体
scene.add(ball); //将球体添加至场景中
关于几何体,材质等种类非常多,具体可以参考[three.js源码]:https://github.com/mrdoob/three.js/
6.动画
总结上述步骤:
创建场景、相机、渲染器
创建光源
创建物体并添加至场景中
渲染出场景
这样就构成了一个完整的但也是最基础的流程,网页中能看到我们创造的物体,接下来说到动画,3D世界中的运动方式总结为三种:移动,旋转和缩放。
运动是相对的,场景动起来有两种方式:
1). 物体在坐标系中移动,相机不动
function animate(){
ball.position.x += 1;
renderer.render(scene, camera);
requestAnimationFrame(animation);
}
2). 相机在坐标系中移动,物体不动
function animate(){
camera.position.x += 1;
renderer.render(scene, camera);
requestAnimationFrame(animation);
}
[demo展示中心]:https://yomonah.github.io/project/app.html#/webGL-icosahedron
[源码]:https://github.com/yomonah/react-demo/tree/master/src/components/webGL_ball