three.js第一个3D案例

在正式学习Three.js之前，先做一些必要的准备工作，具体说就是下载threejs官方文件包 ，threejs官方文件包提供了很多有用的学习资源。

threejs官方文件包所有版本：https://github.com/mrdoob/three.js/releases

threejs文件资源目录介绍

对于开发者而言，大家经常接触的是文档docs 和案例examples 两个文件夹，平时查看文档，可以打开文档docs 里面html文件，案例examples里面提供了海量threejs功能案例。

three.js-文件包
└───build------three.js相关库，可以引入你的.html文件中。
    │
└───docs------Three.js API文档文件
    │───index.html------打开该文件，本地离线方式预览threejs文档
└───examples------大量的3D案例，是你平时开发参考学习的最佳资源
    │───jsm------threejs各种功能扩展库
└───src------Three.js引擎的源码，有兴趣可以阅读。
    │
└───editor------Three.js的可视化编辑器，可以编辑3D场景
    │───index.html------打开应用程序  

工欲善其事，必先利其器

Web3D开发的代码编辑器和平时web前端开发一样，你可以根据自己的喜好选择，本课程选择的代码编辑器是 vscode

本地静态服务器

如果你想预览代码3D效果 ，咱们需要提供一个本地静态服务器的开发环境，正式的web项目开发，往往会用webpack或vite或其它方式配置一个开发环境。

如果只是学习threejs的话，可通过代码编辑器 快速创建本地静态服务器 ，比如vsocde，安装live-server插件即可。或者使用phpstudy， 下载下来直接给下载的three.js包放在www目录里面，创建自己的HTML文件，引入three.js，就可以学习了

vscode配置live-server插件

• 安装： vscode软件界面左侧，点击扩展 ，输入live-server关键词查询安装。
• 使用：如果你想预览代码3D效果 ，打开对应.html文件，右键点击Open with Live Server即可。

预览3D案例和文档

打开课件案例，注意把Three.js视频教程源码文件作为根目录，使用vscode创建本地静态服务就可以预览。

three.js-文件包
...
└───docs------Three.js API文档文件
    │───index.html------打开该文件，本地离线方式预览threejs文档
└───examples------大量的3D案例，是你平时开发参考学习的最佳资源
    │───.html------各种3D案例
...    

script标签方式引入three.js

通过script标签把three.js当做一个js库引入你的项目。three.js库可以在threejs官方文件包下面的build目录获取到。

<script src="./build/three.js"></script>

console.log(THREE.Scene); 

ES6 import方式引入

给script标签设置type="module",也可以在.html文件中使用import方式引入three.js。

<script type="module">
// 现在浏览器支持ES6语法，自然包括import方式引入js文件
import * as THREE from './build/three.module.js';
</script>

type="importmap"配置路径

通过配置<script type="importmap">,实现学习环境.html文件和vue或reaact脚手架开发环境一样的写法。这样你实际项目的开发环境复制课程源码，不用改变threejs引入代码。

下面配置的type="importmap"代码具体写法不用掌握记忆，复制粘贴后，能修改目录就行，

<!-- 具体路径配置，你根据自己文件目录设置，我的是课件中源码形式 -->
<script type="importmap">
    {
		"imports": {
			"three": "../../../three.js/build/three.module.js"
		}
	}
</script>

<!-- 配置type="importmap",.html文件也能和项目开发环境一样方式引入threejs -->
<script type="module">
    import * as THREE from 'three';
    // 浏览器控制台测试，是否引入成功
    console.log(THREE.Scene);
</script>

type="importmap"配置------扩展库引入

通过配置<script type="importmap">，让学习环境.html文件，也能和vue或react开发环境中一样方式方式引入threejs扩展库。

<script type="importmap">
    {
		"imports": {
			"three": "./three.js/build/three.module.js",
            "three/addons/": "./three.js/examples/jsm/"
		}
	}
</script>

<script type="module">
    // three/addons/路径之后对应的是three.js官方文件包`/examples/jsm/`中的js库
    // 扩展库OrbitControls.js
    import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
    // 扩展库GLTFLoader.js
    import { GLTFLoader } from 'three/addons/loaders/GLTFLoader.js';
    console.log(OrbitControls);
    console.log(GLTFLoader);
</script>

配置**addons/** 等价于**examples/jsm/**。

项目的开发环境引入threejs

比如你采用的是Vue + threejs 或React + threejs 技术栈，这很简单，threejs就是一个js库，直接通过npm命令行安装就行。

// 比如安装148版本
npm install [email protected] --save

//执行import * as THREE from 'three';ES6语法引入three.js核心。

// 引入three.js
import * as THREE from 'three';

npm安装后，如何引入three.js其他扩展库

了three.js核心库以外，在threejs文件包中examples/jsm目录下，你还可以看到各种不同功能的扩展库。一般来说，你项目用到那个扩展库，就引入那个，用不到就不需要引入。

// 引入扩展库OrbitControls.js
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
// 引入扩展库GLTFLoader.js
import { GLTFLoader } from 'three/addons/loaders/GLTFLoader.js';

前期准备工作准备好后，我们就可以开始创建自己的第一个3D场景案例了。

入门Three.js的第一步，就是认识场景Scene 、相机Camera 、渲染器Renderer三个基本概念

三维场景Scene

你可以把三维场景Scene (opens new window)对象理解为虚拟的3D场景，用来表示模拟生活中的真实三维场景,或者说三维世界。

// 创建3D场景对象Scene
const scene = new THREE.Scene();

物体形状：几何体Geometry

Three.js提供了各种各样的几何体API，用来表示三维物体的几何形状。

//创建一个长方体几何对象Geometry
const geometry = new THREE.BoxGeometry(200, 200, 200); 

物体外观：材质Material

如果你想定义物体的外观效果，比如颜色，就需要通过**材质Material**相关的API实现。

threejs不同材质渲染效果不同，下面就以threejs最简单的网格基础材质 MeshBasicMaterial为例实现一个蓝色材质效果。

//创建一个材质对象Material
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    color: 0x00ff00,//0x00ff00设置材质颜色为蓝色
}); 

物体：网格模型Mesh

在threejs中可以通过网格模型 Mesh表示一个虚拟的物体，比如一个电脑等。

// 两个参数分别为几何体geometry、材质material
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material); //网格模型对象Mesh

模型位置.position

实际生活中，一个物体往往是有位置的，对于threejs而言也是一样的，你可以通过位置属性.position定义网格模型Mesh在三维场景Scene中的位置。

const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material); //网格模型对象Mesh
//设置网格模型在三维空间中的位置坐标，默认是坐标原点
mesh.position.set(0,10,0);

在threejs中你创建了一个表示物体的虚拟对象Mesh，需要通过.add()方法，把网格模型mesh添加到三维场景scene中。

scene.add(mesh); 

透视投影相机PerspectiveCamera

Threejs如果想把三维场景Scene渲染到web网页上，还需要定义一个虚拟相机 Camera，就像你生活中想获得一张照片，需要一台用来拍照的相机。

Threejs提供了正投影相机OrthographicCamera和透视投影相机PerspectiveCamera

透视投影相机PerspectiveCamera 本质上就是在模拟人眼观察这个世界的规律

// 实例化一个透视投影相机对象
const camera = new THREE.PerspectiveCamera();

相机位置.position

相机对象Camera具有位置属性.position，通过位置属性.position可以设置相机的位置。

//相机在Three.js三维坐标系中的位置
// 根据需要设置相机位置具体值
camera.position.set(200, 100, 400); 

相机观察目标.lookAt()

你用相机拍照你需要控制相机的拍照目标 ，具体说相机镜头对准哪个物体或说哪个坐标。对于threejs相机而言，就是设置.lookAt()方法的参数，指定一个3D坐标。

//相机观察目标指向Threejs 3D空间中某个位置
camera.lookAt(0, 0, 0); //坐标原点

camera.lookAt(0, 10, 0);  //y轴上位置10


camera.lookAt(mesh.position);//指向mesh对应的位置

判断相机相对三维场景中长方体位置

你可以把三维场景中长方体mesh想象为一个房间，然后根据相机位置和长方体位置尺寸对比，判断两者相对位置。你可以发现设置相机坐标(200, 200, 200)，位于长方体外面一处位置。

// 长方体尺寸100, 100, 100
const geometry = new THREE.BoxGeometry( 100, 100, 100 );
const mesh = new THREE.Mesh(geometry,material);
// 网格模型位置xyz坐标：0,10,0
mesh.position.set(0,10,0);
// 相机位置xyz坐标：200, 200, 200
camera.position.set(200, 200, 200); 

定义相机渲染输出的画布尺寸

Canvas画布 ：课程中会把threejs虚拟相机渲染三维场景在浏览器网页上呈现的结果称为Canvas画布。

// 定义相机输出画布的尺寸(单位:像素px)
const width = 800; //宽度
const height = 500; //高度

透视投影相机PerspectiveCamera：视锥体

透视投影相机的四个参数fov, aspect, near, far构成一个四棱台 3D空间，被称为视锥体，只有视锥体之内的物体，才会渲染出来，视锥体范围之外的物体不会显示在Canvas画布上。

// width和height用来设置Three.js输出的Canvas画布尺寸(像素px)
const width = 800; //宽度
const height = 500; //高度
// 30:视场角度, width / height:Canvas画布宽高比, 1:近裁截面, 3000：远裁截面
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(30, width / height, 1, 3000);

PerspectiveCamera( fov, aspect, near, far )

//参数	含义	                            默认值
fov	    相机视锥体竖直方向视野角度。	        50

aspect	相机视锥体水平方向和竖直方向长度比，一般设置为Canvas画布宽高比。 width / height	1

near	相机视锥体近裁截面相对相机距离	。        0.1

far	    相机视锥体远裁截面相对相机距离，far-near构成了视锥体高度方向。	2000

WebGL渲染器WebGLRenderer

通过WebGL渲染器WebGLRenderer可以实例化一个WebGL渲染器对象

// 创建渲染器对象
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();

设置Canvas画布尺寸.setSize()

// 定义threejs输出画布的尺寸(单位:像素px)
const width = 1000; //宽度
const height = 500; //高度
renderer.setSize(width, height); //设置three.js渲染区域的尺寸(像素px)

渲染器渲染方法.render()

渲染器**WebGLRenderer** 执行渲染方法**.render()** 就可以生成一个Canvas画布(照片)，并把三维场景Scene 呈现在canvas 画布上面,你可以把**.render()**

renderer.render(scene, camera); //执行渲染操作

渲染器Canvas画布属性.domElement

渲染器**WebGLRenderer** 通过属性**.domElement** 可以获得渲染方法**.render()** 生成的Canvas画布，**.domElement**本质上就是一个HTML元素：Canvas画布。

document.body.appendChild(renderer.domElement);

到这里我们就可以创建了一个自己的3D场景第一个案例了，Canvas画布插入到任意HTML元素中

<div id="webgl" style="margin-top: 200px;margin-left: 100px;"></div>

document.getElementById('webgl').appendChild(renderer.domElement);

轨道控制器

在 ThreeJS 中使用轨道控制器后，你可以通过长按鼠标左键并拖动鼠标来控制摄像头所处的位置。

import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls';

// 用法
const orbitControls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);

<div class="first" id="myFirst"></div>
  <script type="importmap">
    {
      "imports": {
        "three": "./js/three.module.js",
        "three/jsm/": "./js/jsm/"
      }
    }
  </script>
  <script type="module">
    import * as THREE from 'three';
    import { OrbitControls } from './js/jsm/controls/OrbitControls.js'; // 引入相机控件
    // three内置了 gui工具 我们先进行一个导入 允许我们动态的对于一些参数进行设置方便我们预览效果
    import { GUI } from './js/jsm/libs/lil-gui.module.min.js';
    //3D场景对象Scene
    const scene = new THREE.Scene();
    //创建一个长方体几何体
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(2,4,1);
    //创建一个材质对象Material MeshBasicMaterial  不受光照影响
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
      color: 0xff0000, //0xff0000设置材质颜色为红色
      transparent: true,
      opacity: 0.5,
    });
    //网格模型对象Mesh
    const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
    // 添加到场景中去
    scene.add(mesh);

    let myFirst = document.getElementById("myFirst");
    // 实例化一个透视投影相机对象 PerspectiveCamera
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, myFirst.offsetWidth / myFirst.offsetHeight, 0.1, 1000);
    camera.position.z = 15;
    camera.position.x = 5;
    camera.position.y = 2;
    //camera.lookAt(-100, 100, 10); //坐标原点

    // 创建渲染器 WebGLRenderer
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
      //lpha: true, // 背景是否可以设置透明色
      antialias: true, // 表示是否开启反锯齿
    });
    // AxesHelper：辅助观察的坐标系
    const axesHelper = new THREE.AxesHelper(150)
    scene.add(axesHelper)

    // 网格辅助线  第一个值是长度   第二个值是分割的段数
    const gridHelper = new THREE.GridHelper(10,10);
    scene.add(gridHelper)

    // 输出画布的尺寸
    
    renderer.setSize(myFirst.offsetWidth, myFirst.offsetHeight); // 设置渲染大小
    // 渲染到元素中
    myFirst.appendChild(renderer.domElement);
    //  相机控制控制的就是相机的postion的位置而在界面当中出现不同的几何体的观察形态
    const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
    // addEventListener
    controls.addEventListener('change', ()=>{
      renderer.render(scene, camera)
    })

    // 创建一个GUI实例
    const gui = new GUI();
    // cube的位置
    const originPositon = {
      x: 0,
      y: 0,
      z: 0
    };
    // camera的位置
    const cameraPosition = {
      x: 0,
      y: 0,
      z: 5
    };
    // 创建第一个 gui的参数分组   几何体位置
    const cubeParams = gui.addFolder('几何体位置');
    cubeParams.add(originPositon, 'x', 0, 100).onChange(val => {
      cube.position.x = val;
      renderer.render(scene, camera)
    });
    cubeParams.add(originPositon, 'y', 0, 100).onChange(val => {
      cube.position.y = val;
      renderer.render(scene, camera)
    });

    //  相机位置的分组
    const cameraParams = gui.addFolder('相机的位置')
    // add(对象，属性名,数值)  生成的是一个数字输入框的交互
    // add(对象，属性名,数值1,数值2) 生成的是一个有可选范围的数字选择框
    cameraParams.add(cameraPosition, 'x', -5, 50).onChange(val => {
      camera.position.x = val;
      renderer.render(scene, camera)
    })
    cameraParams.add(cameraPosition, 'y', -5, 50).onChange(val => {
      camera.position.y = val;
      renderer.render(scene, camera)
    })
    // add(对象，属性名，数组)  会自动生成一个下拉菜单的交互界面
    //   cameraParams.add(cameraPosition,'x' ,[1,3,6]).onChange(val=>{
    //     camera.position.x = val;
    //     renderer.render(scene, camera) 
    //  })
    // add( 对象，属性名， 对象 ) 也会生成一下下拉菜单的交互方式
    // cameraParams.add(cameraPosition,'x' ,{
    //     param1: 1,
    //     param2: 5
    // }).onChange(val=>{
    //     camera.position.x = val;
    //     renderer.render(scene, camera) 
    //  })
    const testObj = {
        color: 0xff6600,
        val1: 10
    }
    // addColor 在gui当中添加一个 颜色选择器的交互 
    gui.addColor(testObj, 'color').onChange(val => {
      console.log('颜色的值', val)
    })
    // add()的其他后续的方法
    // .name(直接展示为参数的指定名称 方便理解)
    // .step(步进的数量) 每一个变化的最小单位
    gui.add(testObj, 'val1', 0, 100).name('某个值的大小').step(1)
    renderer.render(scene, camera)
  </script>

案例实际效果：