Three.js 粒子特效：基于着色器渲染的视觉奇观

2024-01-05 20:41:30

在计算机图形学的领域中，Three.js 已然成为三维内容交互的得力助手。其轻量级特性和与 WebGL 的紧密结合，赋予开发者掌控三维世界的强大能力。本文将带领大家深入探索 Three.js 的粒子特效，揭秘如何借助着色器渲染，创作出令人惊叹的视觉奇观。

粒子效果广泛应用于游戏中，营造逼真的爆炸、火焰、烟雾等场景。在 Three.js 中，粒子系统可以通过一组称为粒子（ParticleSystem）的独立对象组成，每个粒子拥有自己的位置、速度、颜色等属性。通过更新这些属性，便能模拟粒子的运动和变化，呈现出令人信服的视觉效果。

着色器是一种可在 GPU（图形处理器）上运行的程序，负责定义物体的最终视觉效果。在 Three.js 中，通过自定义顶点着色器和片元着色器，我们可以完全控制粒子的渲染方式，从颜色、大小到材质等。着色器语言基于 GLSL（OpenGL 着色语言），拥有丰富的函数和运算符，为实现复杂的效果提供了无限可能。

构建自定义粒子效果涉及三个主要步骤：

创建粒子几何体（Geometry）： 定义粒子系统中粒子的数量、位置和大小。
定义着色器： 编写顶点着色器和片元着色器，定义粒子的渲染逻辑。
实例化粒子系统（ParticleSystem）： 使用自定义的几何体和着色器，创建并实例化粒子系统。

掌握了基本原理后，不妨尝试以下进阶技巧，进一步提升粒子效果的视觉表现力：

纹理映射： 使用纹理贴图丰富粒子的视觉细节。
物理模拟： 借助物理引擎为粒子添加真实世界的物理特性。
粒子运动控制： 使用动画或力场控制粒子的运动轨迹。

理论固然重要，实践才是检验真理的唯一标准。让我们亲手创建一个粒子爆炸效果，体会粒子特效的魅力：

// 创建粒子几何体
const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 24, 24);

// 定义顶点着色器
const vertexShader = `
attribute float size;
attribute vec3 customColor;
varying vec3 vColor;

void main() {
    vColor = customColor;
    vec4 mvPosition = modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    gl_PointSize = size * (300.0 / -mvPosition.z);
    gl_Position = projectionMatrix * mvPosition;
}
`;

// 定义片元着色器
const fragmentShader = `
uniform sampler2D texture;
varying vec3 vColor;

void main() {
    gl_FragColor = vec4(vColor, 1.0);
    gl_FragColor = gl_FragColor * texture2D(texture, gl_PointCoord);
}
`;

// 加载纹理
const loader = new THREE.TextureLoader();
const texture = loader.load('explosion.png');

// 创建着色器材质
const material = new THREE.ShaderMaterial({
    vertexShader: vertexShader,
    fragmentShader: fragmentShader,
    uniforms: {
        texture: { value: texture }
    }
});

// 创建粒子系统
const particleSystem = new THREE.Points(geometry, material);
particleSystem.position.set(0, 0, 0);