【WebGL】Three.js绘制基础3D图形示例

时间：2024-03-11 12:54:58

WebGL（Web图形库）是一个JavaScript API，可在任何兼容的Web浏览器中渲染高性能的交互式3D和2D图形，而无需使用插件。WebGL通过引入一个与OpenGL ES 2.0非常一致的API来做到这一点，该API可以在HTML5 <canvas>元素中使用。也就是说WebGL是在浏览器中实现三维效果的一套规范。使用WebGL原生的API来写3D程序是一件非常痛苦的事情，幸好，有很多同行花业余时间写了一些WebGL开源框架，其中three.js就是非常优秀的一个。

下面是使用Three.js绘制基础3D图形的一个示例：

<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Three框架</title>
        <script src=\'http://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/r70/three.min.js\'></script>
        <style type="text/css">
            div#canvas-frame {
                border: none;
                cursor: pointer;
                width: 100%;
                height: 600px;
                background-color: #EEEEEE;
            }

        </style>
        <script>
            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById(\'canvas-frame\').clientWidth;
                height = document.getElementById(\'canvas-frame\').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById(\'canvas-frame\').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

            var camera;
            function initCamera() {
                camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000 );
                camera.position.z = 5;
            }

            var scene;
            function initScene() {
                scene = new THREE.Scene();
            }

            var light;
            function initLight() {
                light = new THREE.DirectionalLight(0xFF0000, 1.0, 0);
                light.position.set(100, 100, 200);
                scene.add(light);
            }

            var cube;
            function initObject() {                
                var geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0x00ff00 } );
                cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
                scene.add( cube );
            }
            function render()
            {
                renderer.clear();
                cube.rotation.x += 0.1;
                cube.rotation.y += 0.1;
                renderer.render(scene, camera);
                requestAnimationFrame(render);
            }
            function threeStart() {
                initThree();
                initCamera();
                initScene();
                initLight();
                initObject();
                render();
            }

        </script>
    </head>

    <body onload="threeStart();">
        <div id="canvas-frame"></div>
    </body>
</html>

效果：

 

 代码分解如下：

1、场景

在Three.js中，要渲染物体到网页中，我们需要3个组件：场景（scene）、相机（camera）和渲染器（renderer）。有了这三样东西，才能将物体渲染到网页中去。

记住关建语句：有了这三样东西，我们才能够使用相机将场景渲染到网页上去。创建这三要素的代码如下：

在Threejs中场景就只有一种，用THREE.Scene来表示，要构件一个场景也很简单，只要new一个对象就可以了，代码如下：

var scene;
function initScene() {
   scene = new THREE.Scene();
}

场景是所有物体的容器，如果要显示一个苹果，就需要将苹果对象加入场景中。

2、相机

另一个组件是相机，相机决定了场景中那个角度的景色会显示出来。相机就像人的眼睛一样，人站在不同位置，抬头或者低头都能够看到不同的景色。

场景只有一种，但是相机却又很多种。和现实中一样，不同的相机确定了呈相的各个方面。比如有的相机适合人像，有的相机适合风景，专业的摄影师根据实际用途不一样，选择不同的相机。对程序员来说，只要设置不同的相机参数，就能够让相机产生不一样的效果。

在Threejs中有多种相机，这里介绍两种，它们是：

透视相机（THREE.PerspectiveCamera）、这里我们使用一个透视相机，透视相机的参数很多，这里先不详细讲解。后面关于相机的那一章，我们会花大力气来讲。定义一个相机的代码如下所示：

var camera;
function initCamera() {
    camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000 );
    camera.position.z = 5;
}

3、渲染器

最后一步就是设置渲染器，渲染器决定了渲染的结果应该画在页面的什么元素上面，并且以怎样的方式来绘制。这里我们定义了一个WebRenderer渲染器，代码如下所示：

            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById(\'canvas-frame\').clientWidth;
                height = document.getElementById(\'canvas-frame\').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById(\'canvas-frame\').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

 

注意，渲染器renderer的domElement元素，表示渲染器中的画布，所有的渲染都是画在domElement上的，所以这里的appendChild表示将这个domElement挂接在body下面，这样渲染的结果就能够在页面中显示了。

4、添加物体到场景中

那现在，我们将一个物体添加到场景中：

            var cube;
            function initObject() {                
                var geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0x00ff00 } );
                cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
                scene.add( cube );
            }

代码中出现了THREE.CubeGeometry，THREE.CubeGeometry是什么东东，他是一个几何体，几何体由什么组成，已经不是本课的主要内容了，后面的课程我们会详细的学到。不过这里你只需要知道CubeGeometry是一个正方体或者长方体，究竟是什么，由它的3个参数所决定，cubeGeometry的原型如下代码所示：

CubeGeometry(width, height, depth, segmentsWidth, segmentsHeight, segmentsDepth, materials, sides)

width：立方体x轴的长度

height：立方体y轴的长度

depth：立方体z轴的深度，也就是长度

想一想大家就明白，以上3个参数就能够确定一个立方体。

剩下的几个参数就要费解和复杂一些了，不过后面我们会自己来写一个立方体，到时候，你会更明白这些参数的意义，这里你可以将这些参数省略。

5、渲染

终于到了最后一步，这一步做完后，就可以该干嘛干嘛去了。

渲染应该使用渲染器，结合相机和场景来得到结果画面。实现这个功能的函数是

renderer.render(scene, camera);

渲染函数的原型如下：

render( scene, camera, renderTarget, forceClear )

各个参数的意义是：

scene：前面定义的场景

camera：前面定义的相机

renderTarget：渲染的目标，默认是渲染到前面定义的render变量中

forceClear：每次绘制之前都将画布的内容给清除，即使自动清除标志autoClear为false，也会清除。

6、渲染循环

渲染有两种方式：实时渲染和离线渲染 。

先看看离线渲染，想想《西游降魔篇》中最后的佛主，他肯定不是真的，是电脑渲染出来的，其画面质量是很高的，它是事先渲染好一帧一帧的图片，然后再把图片拼接成电影的。这就是离线渲染。如果不事先处理好一帧一帧的图片，那么电影播放得会很卡。CPU和GPU根本没有能力在播放的时候渲染出这种高质量的图片。

实时渲染：就是需要不停的对画面进行渲染，即使画面中什么也没有改变，也需要重新渲染。下面就是一个渲染循环：

            function render()
            {
                renderer.clear();
                cube.rotation.x += 0.1;
                cube.rotation.y += 0.1;
                renderer.render(scene, camera);
                requestAnimationFrame(render);
            }

其中一个重要的函数是requestAnimationFrame，这个函数就是让浏览器去执行一次参数中的函数，这样通过上面render中调用requestAnimationFrame()函数，requestAnimationFrame()函数又让rander()再执行一次，就形成了我们通常所说的游戏循环了。

7、场景，相机，渲染器之间的关系 

Three.js中的场景是一个物体的容器，开发者可以将需要的角色放入场景中，例如苹果，葡萄。同时，角色自身也管理着其在场景中的位置。

相机的作用就是面对场景，在场景中取一个合适的景，把它拍下来。

渲染器的作用就是将相机拍摄下来的图片，放到浏览器中去显示。他们三者的关系如下图所示：

转自：http://www.hewebgl.com/article/getarticle/50