WebGL-Vue3-TS-Threejs：基础练习 / Javascript 3D library / demo

snow@li2023-11-11 20:33

一、理解Three.js

Three.js是一个用于WebGL渲染的JavaScript库。它提供了一组工具和类，用于创建和渲染3D图形和动画。简单理解（并不十分准确），Three.js之于WebGL，好比，jQuery.js之于JavaScript。

OpenGL 是一个跨平台3D/2D的绘图标准，WebGL则是OpenGL 在浏览器上的一个实现。

web前端开发人员可以直接用WebGL接口进行编程，但 WebGL只是非常基础的绘图API，需要编程人员有很多的数学知识、绘图知识才能完成3D编程任务，而且代码量巨大。Threejs 对 WebGL 进行了封装，让前端开发人员在不需要掌握很多数学知识和绘图知识的情况下，也能够轻松进行web 3D开发，降低了门槛，同时大大提升了效率。

WebGL：开始学习 / 理解 WebGL / WebGL 需要掌握哪些知识 / 应用领域 / 前端值得学WebGL吗_webgl培训-CSDN博客

Three.js的主要特点

|----|------|-------------------------------|
| 序号 | 特点 | 描述 |
| 1 | 简单易用 | 它的API非常友好，易于理解和使用。 |
| 2 | 兼容性强 | 支持多种浏览器和设备，不需要其他插件和软件。 |
| 3 | 功能强大 | 提供了广泛的3D渲染功能，包括材质、灯光、相机等多种元素。 |
| 4 | 社区活跃 | 拥有庞大的开发者社区，可以找到大量的示例代码和教程。 |

通过Three.js，开发者可以快速创建并展示3D模型、场景、动画等内容。它支持多种文件格式，如obj、fbx、glb等，可以轻松导入和使用。同时，它还支持VR和AR等技术，可以创建更加沉浸式的体验。

关键词：场景、相机、光源、材质、贴图、建模、着色

二、文档

ThingJS 文档中心

https://threejs.org/

Three.js中文网

三、项目介绍

vue3 + ts + vite + three.js

四、安装

plain 复制代码 
`pnpm add three
pnpm add @types/three`

"three": "^0.158.0",

"@types/three": "^0.154.0",

五、导入核心库，获取场景

<template>
    <div class="container">
      <span>threejs</span>
    </div>
</template>
  
<script setup lang="ts">
import * as THREE from 'three'
const scene = new THREE.Scene()
console.log('scene:', scene)
  
</script>
  
<style scoped lang="less">
</style>

六、基础练习

6.1、绘制一条直线

<template>
    <div ref="container" id="container" style="width: 200px;height: 200px;"></div>
</template>
  
<script setup lang="ts">
import * as THREE from 'three'
const container:any = ref(null)
onMounted(()=>{
  // 创建场景
  const scene = new THREE.Scene();
  scene.background = new THREE.Color(0xadacad);

  // 创建相机
  const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
    45,
    container.value.clientWidth / container.value.clientHeight,
    0.1,
    100
  );
  camera.position.set(0, 0, 3);

  // 创建渲染器
  const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
  console.log('24', container)
  renderer.setSize(container.value.clientWidth, container.value.clientHeight);
  container.value.appendChild(renderer.domElement);

  // 定义顶点数据
  const positions = [
    -1, 0, 0,
    0, 1, 0,
  ];

  // 创建一个 BufferGeometry 对象
  const geometry = new THREE.BufferGeometry();
  const positionAttribute = new THREE.Float32BufferAttribute(positions, 3);
  geometry.setAttribute('position', positionAttribute);

  // 创建一个 LineLoop 对象
  const material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0xf00, linewidth: 5 });
  const line = new THREE.LineLoop(geometry, material);

  // 将线条添加到场景中
  scene.add(line);

  // 开始渲染循环
  function render() {
    renderer.render(scene, camera);
    requestAnimationFrame(render);
  }
  render();
})
</script>
  
<style scoped lang="less">
</style>

6.2、通过直线，绘制画一个正方形

本例中，我们首先创建了一个 div 元素引用，它将用作 three.js 的渲染器容器。然后创建了场景、相机和渲染器，并将渲染器的输出添加到页面中。

接着，我们定义了闭合线条的顶点数据，并使用 THREE.BufferGeometry 创建了几何体。然后我们使用 THREE.LineLoop 创建了线条对象，并将其添加到场景中。

<template>
    <div ref="container" id="container" style="width: 200px;height: 200px;"></div>
</template>
  
<script setup lang="ts">
import * as THREE from 'three'
const container:any = ref(null)
onMounted(()=>{
  // 创建场景
  const scene = new THREE.Scene();
  scene.background = new THREE.Color(0xadacad);

  // 创建相机
  const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
    45,
    container.value.clientWidth / container.value.clientHeight,
    0.1,
    100
  );
  camera.position.set(0, 0, 3);

  // 创建渲染器
  const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
  console.log('24', container)
  renderer.setSize(container.value.clientWidth, container.value.clientHeight);
  container.value.appendChild(renderer.domElement);

  // 定义顶点数据
  const positions = [
    -1, 0, 0,
    0, 1, 0,
    1, 0, 0,
    0, -1, 0,
    -1, 0, 0,
  ];

  // 创建一个 BufferGeometry 对象
  const geometry = new THREE.BufferGeometry();
  const positionAttribute = new THREE.Float32BufferAttribute(positions, 3);
  geometry.setAttribute('position', positionAttribute);

  // 创建一个 LineLoop 对象
  const material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0xf00, linewidth: 5 });
  const line = new THREE.LineLoop(geometry, material);

  // 将线条添加到场景中
  scene.add(line);

  // 开始渲染循环
  function render() {
    renderer.render(scene, camera);
    requestAnimationFrame(render);
  }
  render();
})
</script>
  
<style scoped lang="less">
</style>

6.3、 vue3 typescript项目 在script使用setup语法糖的方式下，使用最新 threejs api 创建文字

待补充

使用THREE.TextGeometry创建文字的模型，并使用THREE.MeshBasicMaterial和THREE.Mesh将其渲染到场景中

6.4、绘制一个圆形

本例中，首先创建了一个Three.js场景、相机和渲染器。然后创建了一个圆形几何体和一个材质，并使用它们创建了一个网格。最后将圆形添加到场景中，并创建一个animate函数用于实现动画效果。

typescript 复制代码 
<template>
  <div id="app"></div>
</template>

<script lang="ts">
import { defineComponent } from 'vue';
import * as THREE from 'three';

export default defineComponent({
  name: 'HelloWorld',
  setup() {
    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.getElementById('app')?.appendChild(renderer.domElement);

    const geometry = new THREE.CircleGeometry(50, 32);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
      color: 0xff0000,
      wireframe: true,
    });

    const circle = new THREE.Mesh(geometry, material);
    scene.add(circle);

    camera.position.z = 100;

    const animate = function () {
      requestAnimationFrame(animate);

      circle.rotation.x += 0.01;
      circle.rotation.y += 0.01;

      renderer.render(scene, camera);
    };

    animate();

    return { scene, camera, renderer };
  },
});
</script>

6.5、绘制一个圆锥

typescript 复制代码 
<template>
  <div id="app"></div>
</template>

<script lang="ts">
import { defineComponent } from 'vue';
import * as THREE from 'three';

export default defineComponent({
  name: 'HelloWorld',
  setup() {
    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.getElementById('app')?.appendChild(renderer.domElement);

    const geometry = new THREE.ConeGeometry(50, 100, 32);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
      color: 0xff0000,
      wireframe: true,
    });

    const cone = new THREE.Mesh(geometry, material);
    scene.add(cone);

    camera.position.z = 100;

    const animate = function () {
      requestAnimationFrame(animate);

      cone.rotation.x += 0.01;
      cone.rotation.y += 0.01;

      renderer.render(scene, camera);
    };

    animate();

    return { scene, camera, renderer };
  },
});
</script>

6.6、绘制一个立方体

<template>
  <div id="app"></div>
</template>

<script lang="ts">
import { defineComponent } from 'vue';
import * as THREE from 'three';

export default defineComponent({
  name: 'HelloWorld',
  setup() {
    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.getElementById('app')?.appendChild(renderer.domElement);

    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);

    camera.position.z = 5;

    const animate = function () {
      requestAnimationFrame(animate);

      cube.rotation.x += 0.01;
      cube.rotation.y += 0.01;

      renderer.render(scene, camera);
    };

    animate();

    return { scene, camera, renderer };
  },
});
</script>

6.7、绘制一个球体

typescript 复制代码 
<template>
  <div ref="container"></div>
</template>

<script lang="ts">
import { defineComponent, onMounted, ref } from 'vue';
import * as THREE from 'three';

export default defineComponent({
  setup() {
    const container = ref(null);

    onMounted(() => {
      // 创建渲染器
      const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

      // 将渲染器添加到DOM中
      if(container.value) {
        container.value.appendChild(renderer.domElement);
      }

      // 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;

      // 添加环境光
      const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5);
      scene.add(ambientLight);

      // 添加点光源
      const pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff, 1, 100);
      pointLight.position.set(0, 0, 5);
      scene.add(pointLight);

      // 创建红色球体
      const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 32, 32);
      const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0xff0000, shininess: 100 });
      const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);
      scene.add(sphere);

      // 渲染场景
      const render = () => {
        requestAnimationFrame(render);
        sphere.rotation.x += 0.01;
        sphere.rotation.y += 0.01;
        renderer.render(scene, camera);
      };
      render();
    });

    return {
      container
    }
  }
});
</script>

在这个示例中，我们添加了一个点光源，并将球体的材质参数shininess设置为100，这使球体的表面更加光滑。

你还可以尝试调整环境光和点光源的强度和颜色，或者使用其他类型的光源和材质来改变球体的外观。

七、相关内容

canvas、canvas3D、playcanvas、tween、pixi、three.js、webGL、OpenGL

八、过程记录

8.1、学习目标

1、了解基础的3D数学和计算机图形学概念。学习向量、矩阵、坐标系、光照和着色器等基础知识。

2、熟悉WebGL技术，理解网页版3D渲染的基本原理，包括顶点着色器和片段着色器。

3、掌握Three.js的API，包括场景、相机、灯光、材质和几何体等基础概念，以及如何使用它们来创建3D图形。

4、学习如何使用Three.js创建复杂的3D场景，包括如何向场景添加3D模型、纹理、动画和粒子效果。

5、探索Three.js的高级功能，如阴影、反射、抗锯齿和后期处理。

6、将Three.js与其他技术集成，如HTML、CSS和JavaScript，以创建功能丰富且交互性强的3D应用程序。

7、学习如何与其他Web技术集成。将Three.js集成到Web应用程序中，并与其他技术，如HTML、CSS和JavaScript一起使用。

8、练习并参与开源项目，在实践中提高技能水平。

学习Three.js需要一定数学和图形学基础，需要耐心和实践。建议先从基础开始，逐步学习和实践，掌握基本概念和技能后再进行高级的应用。

8.2、Three.js之于WebGL，好比，jQuery.js之于JavaScript，，这样理解有合理性吗

这个比喻在某些方面是有合理性的，但不是完全准确的。

类比中的相似之处在于，jQuery.js在JavaScript世界中扮演了许多网站开发人员的角色。Three.js也在WebGL世界中扮演着相似的角色。jQuery.js使用DOM元素并操作它们，类似地，Three.js使用WebGL上下文并操作它们。这是比喻的相似之处。

然而，WebGL在功能和范围上远远超过了DOM操作，因此Three.js提供了比jQuery.js更加复杂的功能和API。Three.js的目的是演示和创建3D图形和交互式应用程序，并且具有原生优化的性能。与jQuery.js不同，Three.js是专注于3D图形编程的库。

因此，比喻可以作为一种简单的概括，但它并不完全准确，并且可以误导人们对Three.js和WebGL的理解。

8.3、使用Three.js创建一个简单的立方体场景的基本步骤

1、设置照相机 camera = new THREE.Camera(); 用于观察物体

2、设置场景 scene = new THREE.Scene() 用于承载物体

3、建立物体 geometry = new THREE.CubeGeometry(200, 200, 200);

4、创建网格 mesh = new THREE.Mesh(geometry, material) 5、渲染呈现 renderer.render(scene, camera) 这是啥

8.4、npm插件'three'和'@types/three'的区别如下

`npm`插件`three`是`Three.js`的`JavaScript`实现，是用于在`JavaScript`中创建和渲染`3D`图形的框架。

`@types/three`是TypeScript类型定义的`npm`包，它提供了`TypeScript`开发环境中`Three.js`库的类型定义文件。这些类型定义文件可以帮助`TypeScript`编译器检查代码类型，并提供提示和自动完成。

因此，`npm`插件`three`是`Three.js`库本身，而`@types/three`则提供了`TypeScript`开发环境所需的类型定义文件。如果你在使用`TypeScript`开发`Three.js`应用程序，则需要安装`npm`包`@types/three`，以获取`Three.js`库的类型定义文件，从而可以在开发过程中获得更好的类型安全支持和代码提示。如果你只是在使用标准的`JavaScript`进行开发，则只需要安装`npm`包`three`即可。

8.5、THREE.Geometry方法不存在新版本了吗

是的，从版本 r125 开始，three.js 废弃了 THREE.Geometry，并引入了 THREE.BufferGeometry 作为建模的首选选择。这是为了提高性能，并使开发人员更容易控制顶点数据。

因此，如果您使用的是最新版本的 three.js，建议使用 THREE.BufferGeometry 来代替 THREE.Geometry。

8.6、需要在onmounted声明周期，确保DOM元素已经加载完成

需要注意的是，在使用Three.js时，需要确保DOM元素已经加载完成，否则会出现错误。上述示例中使用了安全访问运算符（?.）和类型断言（!），以确保能够正确获取DOM元素。

8.7、playcanvas.js 和 three.js 有什么相同异同

PlayCanvas和Three.js都是用于创建和显示3D图形的JavaScript库，但它们有一些关键的区别。

|----|-------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 序号 | 相同 |
| 1 | 两者都是用于创建和显示3D图形的JavaScript库 |
| 2 | 两者都提供了一系列的API来方便开发者创建和控制3D图形 |
| 3 | 两者都支持在浏览器中运行，而且都能很好地支持各种主流的浏览器 |
| 4 | 两者都提供了一些基本的3D功能，如3D模型的加载和呈现、材质和纹理的应用、动画和物理效果等 |
| 5 | 两者都是开源的项目，并且都有一个活跃的社区在支持和维护 |
| 序号 | 不同 |
| 1 | PlayCanvas.js的定位更多是在线多人游戏的开发，它在多人游戏的网络性能优化方面有更好的表现。而Three.js的应用范围更广泛，包括但不限于游戏开发，定位更多是用于3D呈现和交互式场景的创建。 |
| 2 | PlayCanvas提供了一套完整的游戏开发框架，包括物理引擎、碰撞检测、声音系统等，而Three.js主要专注于图形渲染。 |
| 3 | PlayCanvas提供了实时渲染功能，可以在浏览器中实现流畅的3D游戏体验，而Three.js虽然也支持实时渲染，但通常需要配合其他库（如WebGL或WebGPU）来实现更好的效果。 |
| 4 | PlayCanvas的文档和社区比Three.js更加完善，API更加简洁易用，对于开发者来说更容易上手和使用。而Three.js的API更加底层，需要开发者有一定的3D编程经验。 |
| 5 | PlayCanvas支持组件化开发，可以通过组合不同的组件来快速构建复杂的3D场景，而Three.js则需要更多的手动设置和调整。 |
| 6 | PlayCanvas支持多种输入方式（如键盘、鼠标、触摸等），适合开发各种类型的交互式应用，而Three.js则更侧重于图形渲染方面的输入控制。 |

九、老语法 --》新语法

|-----|--------------------------|-------------------------------------------|
| 序号 | 老语法 | 新语法 |
| 1 | new THREE.FontLoader() | TextureLoader THREE.TypefaceLoader |
| 2 | new THREE.TextGeometry() | THREE.TextBufferGeometry？？？ THREE.Mesh？？？ |
| 待补充 | 待补充 | 待补充 |

十、参考链接

补间动画tween.js_tween补间动画-CSDN博客

和我一起学 Three.js【初级篇】：2. 掌握几何体 - 知乎

关于javascript：Three.js新的THREE.TextBufferGeometry()无法读取未定义错误的属性'yMax' | 码农家园

Three.js API手册 / LineBasicMaterial - 汇智网

Caught error TypeError: THREE.Geometry is not a constructor

Three.js中文网

https://www.cnblogs.com/tiandi/p/17053774.html

vue3项目中使用three.js的操作步骤_vue.js_脚本之家

开始第一个Hello world! | 码上动力

Lamborghini Huracán STO 2020

three.js全网最全最新入门课程（2023年10月更新）【搞定前端前沿技术】_哔哩哔哩_bilibili

threejs-vite-vue实战课程_哔哩哔哩_bilibili

带你入门three.js------从0到1实现一个3d可视化地图 - 知乎

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