WebGL+Three.js入门指南：进入三维世界的大门
2022-12-29 17:06:11
Three.js：开启三维图形的大门
引言
准备好踏入三维世界的奇妙世界了吗？WebGL 和 Three.js 强强联手，为您打开了一扇通往令人惊叹的三维图形的大门。从 3D 游戏到虚拟现实和数据可视化，Three.js 都能为您提供轻松实现梦想的工具。这篇文章将带您踏上 Three.js 的探索之旅，从 3D 基础知识开始，深入了解正交投影、透视投影、立方体绘制，让您轻松掌握 Three.js 的核心技能。
3D 基础
坐标系
3D 世界中的坐标系由三个轴构成：X 轴、Y 轴和 Z 轴，它们共同构成了三维空间。
顶点、边和面
顶点是 3D 模型中的点，边是由连接顶点的线段组成，而面则是由连接边的三角形或其他多边形组成。这些元素共同构成了 3D 模型的基本组成部分。
光照和材质
光照和材质是影响 3D 模型外观的关键因素。光照决定了物体在光线照射下的反应方式，而材质则定义了物体的表面属性，如颜色、纹理和光泽度。
变换矩阵
变换矩阵控制着 3D 模型在空间中的位置、旋转和缩放。通过操作变换矩阵，您可以轻松地将模型移动、旋转或调整其大小。
正交投影
什么是正交投影？
正交投影是一种平行投影，它保持物体的大小和形状不变。这种投影方式常用于建筑和工程设计等领域。
透视投影
什么是透视投影？
透视投影模拟人眼观看物体的效果，具有近大远小的透视感。这种投影方式常用于游戏和虚拟现实等领域。
立方体绘制
顶点法
什么是顶点法？
顶点法通过使用顶点数组来定义立方体的形状。通过 WebGL 的绘图指令，顶点被连接成线段和三角形，形成立方体。这种方法适用于绘制简单的 3D 模型。
代码示例：
// 使用顶点数组定义立方体的形状
const vertices = [
// 前面
-0.5, -0.5, 0.5,
0.5, -0.5, 0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
-0.5, 0.5, 0.5,
// 后面
-0.5, -0.5, -0.5,
-0.5, 0.5, -0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
// 上面
-0.5, 0.5, 0.5,
-0.5, 0.5, -0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
// 下面
-0.5, -0.5, 0.5,
0.5, -0.5, 0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
-0.5, -0.5, -0.5,
// 左面
-0.5, -0.5, 0.5,
-0.5, 0.5, 0.5,
-0.5, 0.5, -0.5,
-0.5, -0.5, -0.5,
// 右面
0.5, -0.5, 0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
];
// 使用索引数组定义立方体的面
const indices = [
0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面
4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面
8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面
12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面
16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面
20, 21, 22, 20, 22, 23 // 右面
];
// 创建立方体几何体
const geometry = new THREE.BufferGeometry();
geometry.setAttribute('position', new THREE.Float32BufferAttribute(vertices, 3));
geometry.setIndex(new THREE.Uint16BufferAttribute(indices, 1));
索引法
什么是索引法？
索引法使用索引数组来定义立方体的面。通过 WebGL 的绘图指令，索引被用于根据索引绘制三角形。这种方法适用于绘制复杂的三维模型。
代码示例：
// 使用索引数组定义立方体的面
const indices = [
0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面
4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面
8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面
12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面
16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面
20, 21, 22, 20, 22, 23 // 右面
];
// 创建立方体几何体
const geometry = new THREE.BufferGeometry();
geometry.setIndex(new THREE.Uint16BufferAttribute(indices, 1));
// 顶点数据可以从其他来源加载，如文件或服务器
示例代码
让我们通过一个简单的 Three.js 示例来巩固我们的知识：绘制一个旋转的立方体。
// 场景、相机和渲染器
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
// 创建立方体几何体
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);
// 渲染循环
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
// 更新立方体旋转
cube.rotation.x += 0.01;
cube.rotation.y += 0.01;
// 渲染场景
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
常见问题解答
1. Three.js 和 WebGL 有什么区别？
Three.js 是一个基于 WebGL 的 JavaScript 库，它提供了高级 API 来简化三维图形的创建和操作。
2. Three.js 适用于哪些领域？
Three.js 可用于创建各种三维图形应用程序，包括游戏、虚拟现实、数据可视化、建筑可视化等。
3. 学习 Three.js 难吗？
对于初学者来说，学习 Three.js 的基础知识并不难。然而，要掌握高级技术和创建复杂的三维场景需要时间和练习。
4. Three.js 有哪些替代方案？
Babylon.js、PlayCanvas 和 A-Frame 等库是 Three.js 的一些流行替代方案。
5. Three.js 的未来是什么？
Three.js 正在不断发展，不断添加新功能和特性。它在三维图形领域有着光明的未来，尤其是在虚拟现实和增强现实的兴起方面。
结语
Three.js 是一个强大的工具，可以让您轻松创建令人惊叹的三维图形。通过了解 3D 基础知识、掌握正交和透视投影以及立方体绘制技术，您已经迈出了探索 Three.js 广阔世界的第一步。现在，是时候发挥您的想象力，用 Three.js 创造您自己的三维世界了！
