Three.js材质Material类型示例详解

1. 什么是材质Material？

在 Three.js 中，材质（Material）定义了物体表面的外观。它们决定了物体的颜色、纹理、光滑度、透明度等特性。你可以将材质理解为场景中物体的皮肤。Three.js 提供了多种材质类型，以满足不同场景的需求。

2. 常见材质类型

为了方便开发，Threejs提供了一系列的材质，所有材质就是对WebGL着色器代码的封装。

2.1 基础材质（MeshBasicMaterial）

基础材质是最简单的材质类型，它不受光照影响。适用于创建不需要光照效果的物体，例如背景、2D 图形等。它的参数包括颜色、透明度、贴图等。

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 });

2.2 标准材质（MeshStandardMaterial）

标准材质是一种具有真实感的材质类型。它考虑了光照、漫反射、镜面反射等效果。适用于创建具有现实感的物体。常用参数包括颜色、金属度、粗糙度等。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0xff0000, metalness: 0.5, roughness: 0.5 });

2.3 Lambert 材质（MeshLambertMaterial）

Lambert 材质是一种简化的光照模型，它仅考虑漫反射效果。相比于标准材质，性能开销较小，但效果较差。适用于对性能要求较高，但对效果要求较低的场景。常用参数包括颜色、透明度等。

const material = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xff0000 });

2.4 Phong 材质（MeshPhongMaterial）

Phong 材质是一种更复杂的光照模型，它同时考虑了漫反射和镜面反射效果。相比于 Lambert 材质，效果较好，但性能开销较大。适用于对效果要求较高的场景。常用参数包括颜色、镜面反射颜色、光滑度等。

const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0xff0000, specular: 0xffffff, shininess: 30 });

2.5 可编程着色器材质（ShaderMaterial）

可编程着色器材质允许开发者自定义着色器（GLSL 代码），实现独特的渲染效果。这种材质类型适用于具有特殊需求的场景。它需要开发者编写顶点着色器和片元着色器。

const vertexShader = `
  varying vec3 vWorldPosition;
  void main() {
    vec4 worldPosition = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    vWorldPosition = worldPosition.xyz;
    gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
  }
`;

const fragmentShader = `
  varying vec3 vWorldPosition;
  void main() {
    vec3 color = vec3(vWorldPosition.x, vWorldPosition.y, vWorldPosition.z);
    gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
  }
`;

const material = new THREE.ShaderMaterial({
  vertexShader: vertexShader,
  fragmentShader: fragmentShader,
});

3. 纹理映射

Three.js 支持为材质添加纹理，以实现更丰富的表面细节。纹理映射（Texture Mapping）是将一张 2D 图像贴到物体表面的技术。常见的纹理类型有：

• 贴图（Texture）：为物体添加颜色和细节。
• 法线贴图（Normal Map）：在不增加几何体细节的情况下，增强物体表面的凹凸感。
• 环境光遮蔽贴图（Ambient Occlusion Map）：增加物体表面的阴影效果，增强真实感。
• 位移贴图（Displacement Map）：根据纹理信息改变物体表面的几何细节。

4.材质的主要属性

在 Three.js 中，材质（Material）负责定义物体表面的外观，如颜色、纹理和光照效果。以下是一些主要的材质属性：

• color： 基本颜色，通常是一个 THREE.Color 对象，表示材质的漫反射颜色。
• map： 纹理贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于为材质添加纹理。
• opacity： 透明度，表示材质的不透明程度，取值范围为 0（完全透明）到 1（完全不透明）。
• transparent： 布尔值，指示材质是否透明。如果设置为 true，则材质将考虑透明度（opacity）的影响。
• alphaMap： 透明度贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于根据纹理图像的灰度值控制材质的透明度。
• side： 渲染面的方向，可以是 THREE.FrontSide、THREE.BackSide 或 THREE.DoubleSide。默认值是 THREE.FrontSide，只渲染正面。
• emissive： 自发光颜色，通常是一个 THREE.Color 对象，表示材质的自发光颜色。
• emissiveMap： 自发光贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于为材质添加自发光效果。
• specular： 镜面反射颜色，通常是一个 THREE.Color 对象，表示材质的镜面反射颜色。这个属性主要应用于具有镜面反射效果的材质，如 THREE.MeshPhongMaterial。
• shininess： 光泽度，表示材质的光泽程度。这个属性主要应用于具有镜面反射效果的材质，如 THREE.MeshPhongMaterial。
• wireframe： 布尔值，指示是否以线框模式渲染物体。如果设置为 true，则物体将以线框模式显示。
• bumpMap： 凹凸贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于为材质添加凹凸效果，以模拟表面的细微凹凸。
• normalMap： 法线贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于为材质添加法线贴图效果，以模拟表面的细节。
• displacementMap： 位移贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于根据纹理图像的灰度值改变物体表面的高度。
• roughness： 粗糙度，表示材质表面的粗糙程度。这个属性主要应用于基于物理的渲染（PBR）材质，如 THREE.MeshStandardMaterial 和 THREE.MeshPhysicalMaterial。
• metalness： 金属度，表示材质表面的金属质感。这个属性主要应用于基于物理的渲染（PBR）材质，如 THREE.MeshStandardMaterial 和 THREE.MeshPhysicalMaterial。
• roughnessMap： 粗糙度贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于根据纹理图像的灰度值控制材质的粗糙度。这个属性主要应用于基于物理的渲染（PBR）材质。
• metalnessMap： 金属度贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于根据纹理图像的灰度值控制材质的金属度。这个属性主要应用于基于物理的渲染（PBR）材质。
• envMap： 环境贴图，是一个 THREE.Texture 对象，用于为材质添加反射和折射效果。
• refractionRatio： 折射率，表示材质的折射程度。这个属性主要应用于具有折射效果的材质，如 THREE.MeshPhysicalMaterial。

5. 总结

Three.js 提供了丰富的材质类型和纹理映射功能，帮助开发者创建出具有真实感和丰富细节的 3D 场景。从简单的基础材质到复杂的可编程着色器材质，你可以根据项目需求选择合适的材质类型。

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