一. 获取THREE.js

我们可以用git来获取代码,闲麻烦的话也可以直接下载zip文件。

二. 目录结构

拿到代码后先看下three.js的目录结构

|-build

|-custom

|-Three.js

|-examples

|-gui

|-src

|-cameras

|-core

|-extras

|-lights

|-materials

|-objects

|-renderers

|-scenes

|-textures

|-Three.js

|-utils

|-compiler

|-exporters

|-build.bat

|-build.sh

|-build.xml

|-build_all.bat

|-build_all.sh



  1. build目录下是源代码连接压缩过后的js文件,而连接和压缩源代码的工具放在utils目录下,在utils目录下还有一个exporters目录,是各种模型导出工具,插件,有blender和max的导出插件,还有把fbx转成THREE.js场景文件的python脚本。
  2. examples目录下都是three.js的示例,值得一提的是,里面有很多实用的shader脚本和js脚本可以拿来在自己的项目里用,比如js/ShaderExtra.js提供了很多现成的shader代码,js/postprocessing下提供了封装起来的几种常用的后处理的接口
  3. gui下面是一些封装后的ui接口
  4. src当然就是重头戏了,three.js的源代码都在这个目录下,src里下的各个子目录也很好的体现了three.js的构成,像camera,light,object这些都是一个场景(scene)的基础对象,而scenes下面则是对整个场景的管理代码,像scene graph的实现,renderers下是核心渲染器的实现,three.js对于场景和渲染器分离的还不错,可以用不同的renderer渲染同一个场景,当然对于一些WebGL支持的高级特性,使用其它的renderer肯定是不行的。还有一个extras目录是在核心代码之上的一些未程序提供便利的接口,比如提供了一些常用的camera,material,light。
  5. utils目录上面已提过


三. example分析 - webgl trackballcamera earth

three.js学习_数据



在这个example里我们能够看到:


  • 一个最基本的three.js应用需要有的东西
  • camera的创建以及camera control的添加
  • 基本形体的创建,材质的创建
  • 粒子系统的创建,这个会后面讲。


这里不会逐行逐行代码的分析,而是对于每个特性挑出代码来讲。


一个three.js应用的基本结构。

不管用什么写3d应用,c++的ogre,flash的pv3d,js的o3d,又或者使用场景编辑器,一个3d场景所需要的最基本的东西都是一样的,一个主要的camera,一个主要的scene。

当然一般的场景里都会有物体,有灯光,每个物体都有材质。我们在three.js中可以一个个手动创建,也可以直接加载一个记录场景数据的json文件。


创建一个scene


scene = new THREE.Scene();


创建一个摄像机


camera = new THREE.PerspectiveCamera( 25, width / height, 50, 1e7 ); camera.position.z = radius * 7;


这段代码确定了一个摄像机的视锥,四个参数分别是摄像机的视锥角度,视口的长宽比,摄像机的近切面(Front Clipping Plane)和远切面(Back Clipping Plane),为什么要四个参数?其实摄像机本质上就是一个投影矩阵,而建立一个透视投影的矩阵(还有正交投影)需要这四个参数,形象点可以看下图

three.js学习_js应用_02

从图中可以看到,要唯一确定一个透视的视锥(Viewing Frustum)至少需要上述的四个参数。


调整摄像机的位置和朝向

创建一个摄像机还需要摆好这个摄像机的位置和朝向,three.js里可以用camera.lookAt函数来设置摄像机的朝向,用camera.position设置摄像机的位置

这个demo里由于创建了一个实现轨迹球控制效果的TrackballControls,因此camera的变换都被封装在这里面了。

如果看lookAt的代码,其实这些操作都是矩阵的操作,摄像机本质上和一个场景中的实体无异,都是使用变换矩阵来做变换。


下面要为场景中添加一些东西了

我们可以在演示中大概看到这个场景中有一个地球,一个月球,周围的太空,还有一个一直照着地球模拟太阳的光照,如果看得仔细点,我们还会发现其实地球外面还包着一层大气层。

下面要一一在场景中添加进入这些东西


1. 首先是地球

在WebGL里创建一个object,我们需要的最基本的数据就是这个object的顶点位置,当然,如果需要这个物体能够入眼的话,我们还需要为它编写shader,需要传入顶点的法线数据,需要传入texcoord来完成纹理映射。

说到shader,我们先看下WebGL中渲染一个物体的基本顺序:

程序会先载入,编译和绑定shader代码,每个渲染批次,显卡都会将这些顶点数据传入流水线,在流水线中会通过Vertex Shader进行顶点位置的变换,光栅化,Fragment Shader中对每个像素计算颜色,最后深度测试等等后输出到屏幕。


THREE.js中将物体顶点数据的管理封装成为geometry接口,将shader和shader中参数的管理封装成为material接口,每次编译加载绑定shader,传入顶点数据都会在WebGLRenderer中统一处理。


var materialNormalMap = new THREE.ShaderMaterial({     fragmentShader: shader.fragmentShader,     vertexShader: shader.vertexShader,     uniforms: uniforms,     lights: true });


这里便是创建了一个材质,传入了fragmentShader和vertexShader的代码,uniforms是这两个shader里的参数。

这两个都是可以拿来主义的


var shader = THREE.ShaderUtils.lib[ "normal" ],     uniforms = THREE.UniformsUtils.clone( shader.uniforms );   uniforms[ "tNormal" ].texture = normalTexture; uniforms[ "uNormalScale" ].value = 0.85;  uniforms[ "tDiffuse" ].texture = planetTexture; uniforms[ "tSpecular" ].texture = specularTexture;  uniforms[ "enableAO" ].value = false; uniforms[ "enableDiffuse" ].value = true; uniforms[ "enableSpecular" ].value = true;  uniforms[ "uDiffuseColor" ].value.setHex( 0xffffff ); uniforms[ "uSpecularColor" ].value.setHex( 0x333333 ); uniforms[ "uAmbientColor" ].value.setHex( 0x000000 );  uniforms[ "uShininess" ].value = 15;


于是这里创建了一个法线贴图的材质(关于法线贴图的原理,这里先不多讲),并且设置好了它的各个参数,其中tNnormal是法线纹理,tDiffuse是漫反射纹理,tSpecular是高光纹理,

three.js学习_js应用_03​​three.js学习_数据_04​​three.js学习_封装_05

tDiffuse,tSpecular和tNormal


uDiffuseColor, uSpecularColor, uAmbientColor, uShininess这四个是Phong模型光照的参数,

uDiffuseColor:漫反射颜色

uSpecularColor:高光颜色

uAmbientColor:环境光颜色

uShininess:物体表面光滑度


下面这段便是创建这个地球本身了,并且加入到场景里面


geometry = new THREE.SphereGeometry( radius, 100, 50 ); geometry.computeTangents(); meshPlanet = new THREE.Mesh( geometry, materialNormalMap ); meshPlanet.rotation.y = 1.3; meshPlanet.rotation.z = tilt; scene.add( meshPlanet );


最后看一下这个添加到scene里的Mesh的组成图

three.js学习_封装_06


2. 建月球和云层也是依法炮制,云层因为是png格式所以有半透明效果。

3. 创建平行光

创建一个光照是很简单的,tree.js的灯光对象主要就是保存灯光参数的作用,而光照的实际计算是放在shader里,我们暂时不用关心


dirLight = new THREE.DirectionalLight( 0xFFFFFF ); dirLight.position.set( -1, 0, 1 ).normalize(); scene.add( dirLight );


场景的互动

sample中我们可以使用鼠标控制摄像机的旋转,three.js为我们提供一些常用的摄像机控制接口,这个sample里用的是轨迹球


controls = new THREE.TrackballControls( camera, renderer.domElement ); controls.rotateSpeed = 1.0; controls.zoomSpeed = 1.2; controls.panSpeed = 0.2;  controls.noZoom = false; controls.noPan = false;  controls.staticMoving = false; controls.dynamicDampingFactor = 0.3;  controls.minDistance = radius * 1.1; controls.maxDistance = radius * 100;


我们可以在src/extras/controls下面看到几个常用的摄像机控制


渲染

我们最后来看看render函数里的代码


var t = new Date().getTime(), dt = ( t - time ) / 1000; time = t;  meshPlanet.rotation.y += rotationSpeed * dt; meshClouds.rotation.y += 1.25 * rotationSpeed * dt;  var angle = dt * rotationSpeed;  meshMoon.position = new THREE.Vector3(     Math.cos( angle ) * meshMoon.position.x - Math.sin( angle ) * meshMoon.position.z,     0,     Math.sin( angle ) * meshMoon.position.x + Math.cos( angle ) * meshMoon.position.z ); meshMoon.rotation.y -= angle;  controls.update();  renderer.clear(); renderer.render( scene, camera );


这个函数主要做了每一帧都要做的几件事:


  • 计算这一帧的时间
  • 旋转地球
  • 计算月球位置
  • 更新摄像机控制
  • 渲染

最后render函数里需要两个参数,scene和camera,我们如果看下render里的代码话就可以知道,每次render的时候,都需要遍历一遍scene graph,渲染里面每个需要渲染的对象,而摄像机的作用就只是提供一个视角变换矩阵和投影矩阵。这个以后看WebGLRenderer里的代码的时候会继续深入。


这个函数会使用setInterval定时调用,来实现动画的效果。