Three.js 3D图形开发超详细实战指南
作者：张皓and梁媛哲
简介：
本书深入讲解了JavaScript 3D图形编程，专注于Three.js库，用于在Web浏览器中创建复杂的3D场景。内容涵盖了Three.js的基本概念、几何体和材质的使用、光照和动画的创建、性能优化方法、外部3D模型格式的加载以及VR和AR体验的实现。通过一系列实战技巧，指导读者从基础到专业层面构建3D Web应用。
1. Three.js基础概念
在开始创建令人惊叹的3D场景之前，了解Three.js的基础概念是至关重要的。Three.js 是一个基于WebGL的JavaScript库，它简化了WebGL的复杂性，让我们能够轻松地在网页上渲染3D内容。
1.1 Three.js简介
Three.js 提供了一组丰富的工具和对象，使得在网页上实现3D图形变得更加直观和简单。它封装了底层的WebGL API，并提供了场景、相机、光源、材质、几何体、动画等核心组件。
1.2 Three.js的工作原理
在Three.js中，场景（Scene）是整个3D世界的基础，相机（Camera）决定观察世界的视角，渲染器（Renderer）则负责将所见场景绘制到网页上。通过设置这些组件，我们可以构建出一个3D环境，并通过用户交互或程序逻辑来动态更新场景中的物体和光源。
1.3 Three.js核心组件概览
- 场景（Scene） ：3D世界的容器，所有3D对象都必须添加到场景中才能被渲染。
- 相机（Camera） ：定义了从哪个角度观察场景，是视角的基础。
- 渲染器（Renderer） ：如WebGL渲染器或Canvas渲染器，用于将场景渲染成用户可见的2D图像。
理解Three.js的核心概念为我们打开了进入3D编程世界的大门。接下来的章节将深入探讨这些组件的具体用法，帮助你构建出自己的3D项目。
2. 几何体与材质的应用
2.1 几何体的基础知识
2.1.1 几何体的分类与创建
在Three.js中，几何体（Geometry）是3D物体的基础。为了创建3D世界，开发者必须首先掌握几何体的创建与管理。Three.js提供了多种几何体类型，如立方体（BoxGeometry）、球体（SphereGeometry）以及平面（PlaneGeometry）等，能够满足从基础到复杂的建模需求。
创建几何体通常涉及到指定尺寸参数，如宽、高、长，或者半径、细分等。Three.js支持通过构造函数直接创建几何体，也可以通过加载外部3D模型文件来使用。在内置几何体的创建过程中，除了直接提供尺寸参数外，还可以通过更高级的选项如分段数（segments），来控制形状的精细程度。
几何体的创建代码示例如下：
// 创建一个简单的立方体 var geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1); // 创建一个带有很多细分的球体 var geometry = new THREE.SphereGeometry(0.5, 32, 32);
上述代码中， BoxGeometry 构造函数接受三个参数：宽度、高度、深度。而 SphereGeometry 接受半径、经线和纬线的分段数作为参数。这些参数的组合使得开发者能够创建出各种各样的几何形体。
2.1.2 几何体的属性和操作方法
几何体一旦被创建，开发者可以对其属性进行操作和修改。例如，可以调整几何体的尺寸、位置、旋转角度，或者与其他几何体合并。这些操作是通过几何体实例上可用的方法和属性完成的。
属性如 geometry.parameters 包含了创建该几何体时的参数，使得开发者可以访问这些值用于进一步操作。几何体的变换操作可以通过 geometry.applyMatrix4(matrix) 方法应用矩阵变换，或者通过 geometry.rotateX(angle) 、 geometry.translate(x, y, z) 等方法直接变换几何体。
对于合并操作，Three.js提供了 mergeVertices() 方法来优化几何体，这个方法会合并顶点，减少顶点数量从而提高渲染效率。对于需要动态修改几何体的场景，如在动画或交互中，这类操作尤为关键。
// 旋转几何体 geometry.rotateX(Math.PI / 4); // 沿X轴旋转45度 // 合并顶点以优化几何体 geometry.mergeVertices();
在上述代码示例中，几何体首先沿X轴旋转了45度，这可能会在动画效果中常用到。然后通过 mergeVertices() 方法，对几何体的顶点进行了合并，有助于减少渲染时的计算量。
2.2 材质的种类和特性
2.2.1 基础材质的应用场景
在Three.js中，材质（Material）决定了几何体的外观和如何与光源相互作用。基础材质如 MeshBasicMaterial 和 MeshLambertMaterial ，分别适用于不需要光照效果和模拟漫反射光照效果的场景。
MeshBasicMaterial 是一个性能较高但不涉及光照计算的材质，常用于不考虑光影变化的场景，比如简单的图形绘制和静态物体。这种材质接受颜色、透明度、贴图等参数，但不会受到光源的影响。
相对地， MeshLambertMaterial 适用于更真实的3D渲染。该材质会根据光源和材质属性的相互作用，模拟出较为真实的阴影和光照效果。 MeshLambertMaterial 更适合表现那些需要考虑光照环境的物体，如室内场景的家具和室外建筑。
// 创建基础材质
var material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
// 创建Lambert材质
var lambertMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xffffff });
上述代码中，创建了一个绿色的 MeshBasicMaterial 和一个白色的 MeshLambertMaterial 。这两种材质在Three.js渲染循环中的性能和视觉效果差异巨大，开发者需要根据具体需求进行选择。
2.2.2 高级材质的使用技巧
对于要求更高的渲染效果，Three.js提供了高级材质，如 MeshPhongMaterial 和 MeshStandardMaterial 。这些材质支持更为复杂的光照模型，能够提供镜面高光等效果。
MeshPhongMaterial 材质使用Phong光照模型来计算表面的高光，常用于模拟光泽表面如塑料或漆面。而 MeshStandardMaterial 则采用了基于物理的渲染（PBR）模型，对材质的金属度和粗糙度有更精确的控制，使得材质表现更加真实。
使用高级材质时，开发者需要设置材质的金属度（metalness）、粗糙度（roughness）等属性，以及可能需要的法线贴图（normalMap）来增强细节表现。对于复杂的材质效果，合理使用贴图（texture）也是一种重要的技巧。
// 创建Phong材质
var phongMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({
color: 0x888888,
specular: 0x444444,
shininess: 50
});
// 创建标准材质
var standardMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({
color: 0xffffff,
metalness: 0.5,
roughness: 0.2,
});
在上述代码中， MeshPhongMaterial 通过设置颜色、镜面高光颜色和高光强度来模拟材质的光泽感。而 MeshStandardMaterial 则通过金属度和粗糙度参数来模拟材质的物理特性，从而创建出更加真实的效果。
3. Three.js中的光源
在3D图形编程中，光源是塑造场景、提供视觉深度感和立体感的关键要素。没有光源，我们所创造的3D世界将会是平淡无光、缺乏细节的。Three.js 提供了多种光源，可以模拟现实世界中的不同光照效果。掌握这些光源的特性及其参数的调整，对于创建逼真的3D场景至关重要。
3.1 点光源和环境光的应用
3.1.1 点光源的参数调整
点光源（PointLight）是最常见的光源之一，它从一个点向所有方向发射光线，类似于现实生活中的灯泡。点光源的参数调整通常包括强度（intensity）、距离（distance）、衰减（decay）等。
// 创建点光源示例 const pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff, 1, 100); pointLight.position.set(10, 10, 10); scene.add(pointLight);
在上述代码中， 0xffffff 表示光源颜色为白色，强度为1，距离为100单位。点光源会根据距离衰减其亮度，可以使用 decay 属性来调整衰减的速率。 decay 默认为1，即标准衰减；如果设置为2，则为快速衰减。
3.1.2 环境光对场景的影响
环境光（AmbientLight）是一种无处不在的光，它没有特定的方向，不会产生阴影，用于提供一种基础亮度，使场景中的物体不至于完全是黑暗的。环境光的参数调整主要是调整其强度。
// 创建环境光示例 const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x404040); scene.add(ambientLight);
在这个示例中， 0x404040 定义了环境光的颜色和强度。环境光虽然简单，但在实际应用中却可以极大地增加场景的现实感。
3.2 平行光与聚光灯的使用
3.2.1 平行光的特性和运用
平行光（DirectionalLight）模仿太阳光这样的遥远光源，它的光线是平行的，不受距离衰减的影响。平行光的属性包括颜色、强度、方向等。
// 创建平行光示例 const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.5); directionalLight.position.set(0, 10, 0); directionalLight.target.position.set(-5, 0, 0); scene.add(directionalLight); scene.add(directionalLight.target);
在这个代码段中， 0xffffff 是平行光的颜色， 0.5 是其强度。 position.set 方法设置光源位置， target.position.set 方法设置光源的照射方向。平行光通常用于模拟远距离的光源，如太阳光。
3.2.2 聚光灯的控制与效果优化
聚光灯（SpotLight）模拟现实中的聚光灯，具有一个锥形的照射范围。聚光灯有方向、角度、锥角等特性，可以调整以获得不同的光照效果。
// 创建聚光灯示例 const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff, 1, 0, Math.PI / 4, 1, 1); spotLight.position.set(0, 10, 20); spotLight.castShadow = true; scene.add(spotLight);
在聚光灯的参数中， Math.PI / 4 设置了其内部锥角的大小。 castShadow 属性开启阴影的投影，这为场景添加了额外的深度感。聚光灯是创建戏剧化光照效果的有力工具，常用于突出场景中的重点对象。
章节小结
光源在Three.js中的使用涉及对不同光照特性的理解以及相应参数的精确调整。本章分别介绍了点光源和环境光以及它们对3D场景的影响，还探讨了平行光和聚光灯的控制和应用，以及如何通过这些工具来增强3D场景的真实感和视觉吸引力。通过这些光源的深入讨论和代码示例，我们开始能够更深入地理解如何在Three.js中灵活运用光照效果，为创造丰富的视觉体验奠定基础。
4. 实现3D动画与交互
4.1 Three.js动画的基本原理
4.1.1 动画循环的创建和管理
动画在Three.js中是通过不断更新场景中的对象状态来实现的。一个基本的动画循环通常包括更新动画状态，渲染场景和处理用户输入。Three.js通过 requestAnimationFrame 方法来创建动画循环。这个方法可以确保在浏览器下一次重绘之前调用一次指定的函数，通常与场景的渲染循环结合使用。
以下是一个简单的动画循环示例代码：
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
// 更新动画状态
// ...
// 渲染场景
renderer.render(scene, camera);
}
// 开始动画循环
animate();
在这里， requestAnimationFrame(animate) 负责调用 animate 函数，从而创建一个连续的动画循环。在 animate 函数中，首先执行与动画相关的任何更新操作，然后通过 renderer.render(scene, camera) 渲染场景。
4.1.2 关键帧动画与缓动函数
在Three.js中实现平滑的关键帧动画，可以通过使用缓动函数来控制动画对象在不同时间点的位置和状态。Three.js提供了一些内置的缓动函数，例如 TWEEN 库，它允许通过定义一系列关键帧和它们之间的过渡来创建流畅的动画。
下面是一个使用 TWEEN 创建动画的例子：
const objectToAnimate = new THREE.Object3D();
scene.add(objectToAnimate);
const tween = new TWEEN.Tween(objectToAnimate.position)
.to({ x: 5, y: 2, z: 3 }, 1000)
.easing(TWEEN.Easing.Quadratic.InOut)
.onUpdate(function() {
// 在动画的每个步骤更新对象的位置
console.log(objectToAnimate.position);
})
.start();
animate();
在这段代码中， TWEEN.Tween 创建了一个动画实例，指定了对象从当前位置到 (x: 5, y: 2, z: 3) 的动画效果，动画时长为1000毫秒，并使用了一个缓动函数 TWEEN.Easing.Quadratic.InOut 来控制动画的加速和减速过程。
4.2 交互性增强的方法
4.2.1 响应式用户输入
Three.js通过监听DOM事件来响应用户输入，例如鼠标和键盘事件。这些事件可以用来控制相机视角、选择和移动场景中的对象、触发动画等等。
以下是一个如何使用鼠标事件控制相机视角的示例：
window.addEventListener('mousemove', onDocumentMouseMove, false);
function onDocumentMouseMove(event) {
event.preventDefault();
mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
mouse.y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
const intersects = raycaster.intersectObjects(objectsToTest);
if (intersects.length > 0) {
// 当鼠标移动时，处理交点的逻辑
}
}
在这个代码块中， mousemove 事件被用来更新鼠标位置，然后通过 raycaster 来检测与场景中对象的交点。
4.2.2 碰撞检测与响应处理
在3D应用中，碰撞检测是交互性增强的一个重要方面，它允许程序确定对象之间的交互。Three.js通过射线投射( raycasting )技术实现碰撞检测。射线从相机位置出发，通过鼠标点击的位置，与场景中的对象进行交点检测。
下面是一个简单的碰撞检测和响应处理代码：
// 碰撞检测
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const mouse = new THREE.Vector2();
document.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false);
function onMouseMove(event) {
mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
mouse.y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
const intersects = raycaster.intersectObjects(objects);
if (intersects.length > 0) {
// 处理交互
}
}
onMouseMove 函数会在鼠标移动时被调用，它会更新鼠标的位置并使用 raycaster 对象来检测交点。如果检测到交点，根据交点的位置处理相应的交互逻辑。
交互和动画的结合
为了进一步增强用户体验，可以将响应式用户输入与关键帧动画结合。例如，在用户点击某个3D对象时，可以通过动画来高亮显示该对象或者展示更多信息。
结合前文提到的 TWEEN 和鼠标事件，我们可以创建一个在点击对象时移动对象并旋转显示一个信息面板的场景：
window.addEventListener('click', function() {
const objectToAnimate = new THREE.Object3D();
scene.add(objectToAnimate);
objectToAnimate.position.set(0, 0, 0); // 初始位置
objectToAnimate.rotation.set(0, 0, 0); // 初始旋转
const animationProperties = {
scale: {x: 2, y: 2, z: 2},
rotation: {x: Math.PI * 0.5, y: Math.PI * 0.5, z: Math.PI * 0.5}
};
const tween = new TWEEN.Tween(animationProperties)
.to({ scale: {x: 1, y: 1, z: 1}, rotation: {x: 0, y: 0, z: 0} }, 1000)
.easing(TWEEN.Easing.Quadratic.InOut)
.onUpdate(function() {
objectToAnimate.scale.copy(animationProperties.scale);
objectToAnimate.rotation.copy(animationProperties.rotation);
})
.start();
});
这段代码中，当用户点击页面时，创建一个新的对象，并使用 TWEEN 动画库来制作动画，从而使得该对象缩放到一个标准的尺寸，并且旋转到一个默认的方向。这样的交互和动画结合可以有效地为用户提供视觉反馈，增强用户体验。
为了使上面的代码和前面的章节内容保持连贯性，这里是对上述代码中的 TWEEN 动画库的进一步说明： TWEEN 库提供了一个简洁的API来创建平滑过渡的动画效果。它通过内置的 Tween 对象来表示一个从初始状态到最终状态的动画，并且通过不同的缓动函数来控制动画的速度变化，从而实现自然的动画效果。
在上面的示例中， animationProperties 对象存储了动画中需要被改变的属性（例如尺寸和旋转角度），并且作为 Tween 实例化时的参数。当动画开始时， onUpdate 函数会被调用，以更新目标对象的实际属性值。
结合前面章节提到的关键帧动画和缓动函数，通过上述代码，开发者可以为用户创建响应式的交云操作体验，从而使得在Three.js中构建的3D应用更加生动有趣。
5. Three.js性能优化
性能优化在Three.js中是一个至关重要的议题，特别是在处理复杂场景和大规模3D模型时。良好的性能优化能够确保用户获得流畅的交互体验和高质量的渲染效果。在本章中，我们将深入探讨Three.js中的性能优化方法，从渲染性能的基础概念到场景优化的策略，以及性能监控和优化工具的使用。
5.1 渲染性能的基本概念
5.1.1 渲染循环的优化技巧
Three.js中的渲染循环是性能优化的关键部分。渲染循环负责每一帧的更新、场景的重新渲染以及事件的处理。性能优化的第一步是要确保渲染循环尽可能高效。下面是一些基本的优化技巧：
- 减少场景中的几何体数量 ：这是一个简单有效的优化方法。尽可能减少场景中的几何体数量可以显著提升渲染性能。
- 使用剔除技术 ：剔除技术如视锥剔除（Frustum Culling）和背面剔除（Back-face Culling）可以排除那些不可见的几何体，从而减少GPU的负载。
- 缓存和复用 ：对于静态对象，可以将渲染结果缓存起来，避免在每一帧都进行重绘。
代码块示例：
// 开启背面剔除
scene.traverse(function (object) {
if (object instanceof THREE.Mesh) {
object.material.side = THREE.BackSide;
}
});
// 视锥剔除
const frustum = new THREE.Frustum();
const cameraProjectionMatrix = new THREE.Matrix4();
const cameraMatrixWorldInverse = new THREE.Matrix4();
function updateFrustum() {
cameraProjectionMatrix.multiplyMatrices(camera.projectionMatrix, camera.matrixWorldInverse);
frustum.setFromMatrix(cameraProjectionMatrix);
}
// 在渲染循环中更新视锥体
updateFrustum();
在上述代码中，我们开启了对象的背面剔除，并且展示了如何根据当前相机的状态来更新视锥体。这样可以避免渲染那些在当前相机视角外的对象。
5.1.2 减少绘制调用和内存占用
减少绘制调用可以显著提升渲染性能。以下是一些减少绘制调用和内存占用的方法：
- 合并几何体 ：将多个几何体合并为一个，可以减少绘制调用次数。
- 使用索引缓冲对象 ：使用索引缓冲对象（IndexBuffer）可以减少内存占用，因为它可以重用顶点数据。
- 减少纹理使用和尺寸 ：大尺寸或者多个纹理会占用更多内存，尽量减少不必要的纹理使用，并且对纹理进行合理的压缩和尺寸调整。
代码块示例：
// 合并几何体
const geometry1 = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const geometry2 = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const mergedGeometry = THREE.BufferGeometryUtils.mergeBufferGeometries([geometry1, geometry2]);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0x00ff00 });
const mesh = new THREE.Mesh(mergedGeometry, material);
scene.add(mesh);
通过上述代码，我们合并了两个相同的几何体，减少了绘制调用。
5.2 场景优化方法
5.2.1 LOD技术与细节级别控制
LOD（Level of Detail）技术是一种优化3D场景渲染的技术，它根据对象与相机的距离来动态调整对象的细节级别。当对象距离相机较远时，使用较低细节级别的模型来减少渲染负担。
// 简单LOD实现示例
const levels = [
new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10), new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xaaaaaa})),
new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(5, 5, 5), new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xaaaaaa})),
new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2), new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xaaaaaa}))
];
constlodControl = function (distance) {
if (distance < 20) {
return levels[0];
} else if (distance < 50) {
return levels[1];
} else {
return levels[2];
}
};
scene.add(lodControl(camera.position));
在这个示例中，我们创建了一个简单的LOD系统，它根据相机与场景中物体的距离来选择合适的细节级别。
5.2.2 遮挡剔除和实例化技术
遮挡剔除是一种用于提升渲染性能的技术，它通过算法识别并剔除那些被其他对象遮挡从而不可见的对象。
实例化技术是通过创建一个对象的单一实例并复制多份到不同的位置来使用它。这种方法可以减少内存的使用，因为它复用了几何体的顶点数据。
// 遮挡剔除（示例）
// 注意：Three.js自身不提供遮挡剔除功能，需要额外的算法或工具来实现。
// 实例化技术示例
const instanceCount = 1000;
const geometry = new THREE.BoxGeometry();
const material = new THREE.MeshPhongMaterial({color: 0xffffff});
const mesh = new THREE.InstancedMesh(geometry, material, instanceCount);
for (let i = 0; i < instanceCount; i++) {
mesh.setMatrixAt(i, new THREE.Matrix4().makeTranslation(i, 0, 0));
}
scene.add(mesh);
在上述代码中，我们通过实例化技术创建了1000个几何体实例，并设置它们在不同位置。这样做比单纯复制1000个独立的几何体实例要高效得多。
性能优化是Three.js应用中不可或缺的一环，特别是在创建大型复杂场景时。通过理解和运用本章介绍的渲染循环优化技巧、减少绘制调用、LOD技术、遮挡剔除和实例化技术等方法，开发者可以显著提升其WebGL应用的性能和用户体验。
6. 外部3D模型导入与使用
在本章节中，我们将深入了解如何在Three.js中导入和使用外部3D模型。这不仅包括支持的3D模型格式，还将涵盖具体的操作步骤、模型处理以及性能考量。对于那些希望创建复杂场景，或者想要将现有3D设计无缝集成到Web应用中的开发者来说，这一章节尤为重要。
6.1 支持的外部模型格式
6.1.1 常见3D模型格式介绍
Three.js提供了广泛的3D模型格式支持，帮助用户可以将不同来源的3D内容导入Web应用。以下是一些常见的3D模型格式及其特点：
OBJ : OBJ是一种广泛支持的文本格式，常用于3D模型的轻量级交换。它包含了顶点、法线、纹理坐标和面信息，但不包含动画或材质信息。OBJ格式的模型文件通常与MTL文件一起使用，后者定义了模型的材质和纹理映射。
FBX : FBX是由Autodesk公司开发的一个强大的3D文件格式，它支持模型、动画、材质、贴图等多个方面的信息，因此能够用于复杂的3D场景交换。FBX格式广泛应用于游戏和影视制作中。
glTF : glTF（GL Transmission Format）是目前推荐的3D传输格式，它旨在成为3D图形的JPEG。glTF格式以最小的文件大小和加载时间，支持可随时使用的场景定义，包括完整的场景图、摄像机、灯光、材质、皮肤、网格、动画和附件。
6.1.2 导入工具和方法
Three.js提供了一系列的工具和方法来导入外部3D模型，包括但不限于以下几种方式：
- OBJLoader : 用于加载OBJ格式的模型。支持单独加载MTL文件来处理材质。
- FBXLoader : 适用于加载FBX文件，可以处理FBX格式中的模型、动画等数据。
- GLTFLoader : 专门用于加载glTF格式文件，这是官方推荐的格式，因此
GLTFLoader提供了更全面的支持。 - ColladaLoader : 用于加载 COLLADA (DAE) 格式文件，该格式基于XML，能够描述复杂的3D场景。
根据不同的需求和模型格式，开发者可以使用适当的加载器来导入模型。下面以OBJ格式的模型为例，展示具体的导入和使用过程。
6.2 模型的导入和渲染
6.2.1 加载外部模型的实践
首先，你需要使用 OBJLoader 来加载模型文件。以下是一个简单的示例代码，展示如何加载和渲染一个OBJ格式的模型：
// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.z = 5;
// 创建渲染器并添加到HTML中
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 使用OBJLoader加载模型
const loader = new THREE.OBJLoader();
loader.load(
// 请求模型文件
'models/your-model.obj',
// 在加载完成后执行
function (object) {
scene.add(object);
},
// 在加载过程中执行
function (xhr) {
console.log((xhr.loaded / xhr.total * 100) + '% loaded');
},
// 在加载出现错误时执行
function (error) {
console.error('An error happened', error);
}
);
// 创建动画循环来渲染场景
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
6.2.2 材质与贴图的处理
一旦模型被加载，你可能还需要处理其材质和贴图。在Three.js中， OBJLoader 通常会根据MTL文件（如果存在）来设置模型的材质。不过，有时你可能需要进一步自定义材质属性，以确保模型在你的Web应用中看起来符合预期。
下面是如何在加载模型后修改材质的例子：
// 假设在6.2.1的回调函数中
scene.traverse(function (object) {
if (object instanceof THREE.Mesh) {
object.material = new THREE.MeshStandardMaterial({
color: 0x00ff00, // 例如，将材质设置为绿色
roughness: 0.5,
metalness: 0.5,
});
}
});
在处理材质时，需要考虑到光照对材质的影响。Three.js提供了多种材质类型，如 MeshBasicMaterial 、 MeshLambertMaterial 、 MeshPhongMaterial 、 MeshStandardMaterial 等，根据不同的光照情况和材质表现来选择最合适的材质类型。
此外，贴图的处理也是渲染高质量3D场景不可或缺的一部分。你可能需要根据模型提供的UV坐标来贴上相应的纹理贴图，例如漫反射贴图、法线贴图、位移贴图等。贴图的加载和应用可以通过Three.js的 TextureLoader 来完成：
const textureLoader = new THREE.TextureLoader();
const texture = textureLoader.load('textures/your-texture.png');
// 确保在材质设置中使用纹理
object.material.map = texture;
在渲染和处理外部模型时，开发者还应注意性能优化的措施，比如使用LOD技术，优化纹理大小和质量，以及必要时进行多级细节处理，这些将在后续章节中详细介绍。
通过本章节的介绍，你应该对如何在Three.js中导入和使用外部3D模型有了一个清晰的认识，这将极大地扩展你在Web 3D领域的应用范围和深度。
7. WebVR和WebXR在Three.js中的应用
在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域中，WebVR和WebXR技术允许开发者构建沉浸式和交互式的Web体验。Three.js作为一个流行的3D图形库，为WebVR和WebXR的应用提供了强大的支持。
7.1 WebVR API基础
7.1.1 WebVR API的兼容性与支持
WebVR API是早期用于开发虚拟现实体验的一套标准接口，它主要被设计用来兼容各种VR头显设备。为了提供更广泛的兼容性和支持，WebVR 1.1标准被包含在WebXR设备API中，但重要的是要了解WebVR的贡献和如何为早期的VR体验提供基础。目前，大多数现代浏览器已经不再单独支持WebVR API，而是转向支持WebXR API。但为了完整性，我们仍然会介绍如何在Three.js中使用WebVR API来创建基本的VR体验。
7.1.2 创建基本的VR体验
要在Three.js中创建一个基本的VR体验，你需要设置一个场景，一个相机，并且添加WebVR支持。以下是一个基础示例代码，演示了如何创建一个简单的VR场景：
// 引入Three.js核心库
import * as THREE from 'three';
// 引入轨道控制器
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls';
// 引入VR控制器
import { VRControls } from 'three/examples/jsm/controls/VRControls';
// 创建场景和相机
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.z = 5;
// 创建渲染器并启用VR模式
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.vr.enabled = true;
// 创建几何体和材质
const geometry = new THREE.BoxGeometry();
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);
// 添加VR控制器
const vrControls = new VRControls(camera);
scene.add(new THREE.VRButton(renderer));
// 添加轨道控制器（可选）
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 渲染循环
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
vrControls.update(); // 更新VR控制器状态
controls.update(); // 更新轨道控制器状态
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
// 将渲染器的输出附加到HTML文档中
document.body.appendChild(renderer.domElement);
在上述代码中，我们首先创建了一个基本的Three.js场景、相机和渲染器。我们还添加了WebVR API支持的 VRButton 和 VRControls 。通过 VRControls ，Three.js可以处理VR头显的输入，使得相机能够跟随用户的头部动作。
7.2 WebXR API的高级应用
7.2.1 WebXR与WebVR的对比
WebXR API是对WebVR的继承和扩展，提供了更多的功能和更好的性能。WebXR不仅支持VR体验，还能够支持AR体验。它提供了一个统一的接口，允许开发者使用同一个代码库为多种不同类型的设备和体验编写代码。WebXR也添加了对运动控制器（如手持设备）的支持，以及对空间跟踪和渲染的优化。
7.2.2 创造沉浸式AR体验
为了创建一个沉浸式的AR体验，Three.js提供了 ARButton 和 ARMarkerControls 。以下是一个创建AR体验的基础示例代码：
// 引入Three.js核心库
import * as THREE from 'three';
// 引入AR控制器
import { ARMarkerControls } from 'three/examples/jsm/controls/ARMarkerControls';
// 创建场景和相机
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.z = 5;
// 创建渲染器并启用AR模式
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.domElement.style.display = 'none'; // AR模式下，渲染器输出默认不可见
renderer.setAnimationLoop(render);
// 创建几何体和材质
const geometry = new THREE.BoxGeometry();
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);
// 在HTML中添加AR按钮
const arButton = new THREE.ARButton(renderer, true);
document.body.appendChild(arButton);
// 将渲染器的输出附加到HTML文档中
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// AR渲染循环
function render() {
// 通过相机参数，处理现实世界中的移动和旋转
if (renderer.isPresenting) {
renderer.render(scene, camera);
}
}
在这个示例中，我们同样创建了一个场景和相机，并且初始化了一个Three.js的渲染器。通过 ARButton ，用户可以开始AR会话，并将Three.js场景渲染到现实世界中。 ARMarkerControls 用于追踪特定的标记（如QR码），并将3D对象锚定到这些标记上。
需要注意的是，AR的体验通常需要特定的标记或特征点识别，这取决于用户使用的设备和浏览器对WebXR的支持。
在本章节中，我们介绍了WebVR和WebXR API在Three.js中的应用，并且通过示例代码展示了如何创建基础的VR体验和沉浸式的AR体验。虽然WebVR API已逐渐被WebXR API替代，但了解其基本概念和使用方法对于学习WebXR技术路径非常有帮助。在下一节中，我们将深入探讨WebXR的高级应用和性能优化技巧。
总结
到此这篇关于Three.js 3D图形开发的文章就介绍到这了,更多相关Three.js 3D图形开发内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！