Three.js——tween动画、光线投射拾取、加载.obj/.mtl外部文件、使用相机控制器

前端杂货铺2024-06-02 9:14

个人简介

👀个人主页： 前端杂货铺

⚡开源项目： rich-vue3 （基于 Vue3 + TS + Pinia + Element Plus + Spring全家桶 + MySQL）

🙋‍♂️学习方向： 主攻前端方向，正逐渐往全干发展

📃个人状态： 研发工程师，现效力于中国工业软件事业

🚀人生格言： 积跬步至千里，积小流成江海

🥇推荐学习：🍖开源 rich-vue3 🍍前端面试宝典 🍉Vue2 🍋Vue3 🍓Vue2/3项目实战 🥝Node.js实战 🍒Three.js

🌕个人推广：每篇文章最下方都有加入方式，旨在交流学习&资源分享，快加入进来吧

内容 参考链接
WebGL专栏 WebGL 入门
Three.js（一） 创建场景、渲染三维对象、添加灯光、添加阴影、添加雾化
Three.js（二） scene场景、几何体位置旋转缩放、正射投影相机、透视投影相机
Three.js（三） 聚光灯、环境光、点光源、平行光、半球光
Three.js（四） 基础材质、深度材质、法向材质、面材质、朗伯材质、Phong材质、着色器材质、直线和虚线、联合材质
Three.js（五） Three.js------二维平面、二维圆、自定义二维图形、立方体、球体、圆柱体、圆环、扭结、多面体、文字

文章目录

前言

大家好，这里是前端杂货铺。

上篇文章我们学习了 二维平面、二维圆、自定义二维图形、立方体、球体、圆柱体、圆环、扭结、多面体、文字。接下来，我们继续我们 three.js 的学习！

在学习的过程中，如若需要深入了解或扩展某些知识，可以自行查阅 => three.js官方文档。

一、Tween动画

Tween.js是一个轻量级的 JavaScript 库，可以创建平滑的动画和过渡效果。

下面，我们设置一个不间断重复的，每两秒进行重新动画的场景。

核心代码：

javascript 复制代码 
new TWEEN.Tween(cube.rotation).to({
    x: cube.rotation.x + 2,
    y: cube.rotation.y + 2,
    z: cube.rotation.z + 2,
}, 2000).start().repeat(Infinity);

TWEEN.update();

完整代码：

javascript 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>*{ margin: 0; padding: 0;}</style>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <script src="../lib/three/tween.min.js"></script>
</head>

<body>
<script>
    // 创建场景
    const scene = new THREE.Scene();
    // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
    // 设置相机位置
    camera.position.set(0, 0, 20);

    // 创建渲染器
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    // 设置渲染器尺寸
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // 添加立方体
    const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(3, 3, 3);
    // 创建立方体材质
    const lambert = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color: 0xff0000
    });
    const basic = new THREE.MeshBasicMaterial({
        wireframe: true
    });

    const cube = new THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject(cubeGeometry, [
        lambert, basic
    ]);

    // 添加到场景
    scene.add(cube);

    // 添加灯光
    const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
    spotLight.position.set(-10, 10, 90);
    scene.add(spotLight);

    new TWEEN.Tween(cube.rotation).to({
        x: cube.rotation.x + 2,
        y: cube.rotation.y + 2,
        z: cube.rotation.z + 2,
    }, 2000).start().repeat(Infinity);

    const animation = () => {
        TWEEN.update();
        // 渲染
        renderer.render(scene, camera);
        requestAnimationFrame(animation);
    }

    animation();
</script>
</body>

</html>

tween动画

二、点击选取对象

通过鼠标点击获取x, y坐标，进而计算出归一化坐标。之后通过光线投射进行物体的拾取。

Raycaster 这个类用于进行光线投射。光线投射用于进行鼠标拾取（在三维空间中计算出鼠标移过了什么物体）。

javascript 复制代码 
new THREE.Raycaster( origin : Vector3, direction : Vector3, near : Float, far : Float )
参数名称 描述
origin 光线投射的原点向量
direction 向射线提供方向的方向向量，应当被标准化
near 返回的所有结果比 near 远。near 不能为负值，其默认值为 0
far 返回的所有结果都比far近。far不能小于near，其默认值为Infinity（正无穷）
javascript 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>*{ margin: 0; padding: 0;}</style>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <script src="../lib/three/tween.min.js"></script>
</head>

<body>
<script>
    // 创建场景
    const scene = new THREE.Scene();
    // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
    // 设置相机位置
    camera.position.set(0, 0, 20);

    // 创建渲染器
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    // 设置渲染器尺寸
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // 添加立方体
    const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);
    // 创建立方体材质
    const lambert = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color: 0xff0000
    });

    const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, lambert);

    cube.rotation.set(0.4, 0.4, 0);
    cube.position.x = -2;

    // 添加到场景
    cube.name = 'cube';
    scene.add(cube);

    const sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(2, 10, 10);
    const sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, lambert);

    sphere.position.x = 4;
    sphere.name = 'sphere';
    scene.add(sphere);

    // 添加灯光
    const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
    spotLight.position.set(-10, 10, 90);
    scene.add(spotLight);

    document.onclick = function (event) {
        // 归一化坐标（将鼠标位置归一化为设备坐标。x 和 y 方向的取值范围是 (-1 to +1)）
        const x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
        const y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;

        // 创建设备坐标（三维）
        const standardVector = new THREE.Vector3(x, y, 0.5);
        // 转化为世界坐标 (将此向量 (坐标) 从相机的标准化设备坐标 (NDC) 空间投影到世界空间)
        const worldVector = standardVector.unproject(camera);
        // 做序列化
        const ray = worldVector.sub(camera.position).normalize();

        // 实现点击选中
        // 创建一个射线发射器，用来发射一条射线
        const raycaster = new THREE.Raycaster(camera.position, ray);
        // 返回射线碰撞到的物体
        const intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children, true);

        let point3d = null;
        if (intersects.length) {
            point3d = intersects[0];
        }
        if (point3d) {
            console.log(point3d.object.name);
        }
    }

    const animation = () => {
        // 渲染
        renderer.render(scene, camera);
        requestAnimationFrame(animation);
    }

    animation();
</script>
</body>

</html>

raycaster光线投射

三、加载外部文件

加载外部文件，可以使用 MTL 加载器来实现。

MTLLoader 一个用于加载 .mtl 资源的加载器，由 OBJLoader 在内部使用。

材质模版库（MTL）或 .MTL 文件格式是 .OBJ 的配套文件格式， 用于描述一个或多个 .OBJ 文件中物体表面着色（材质）属性。

javascript 复制代码 
MTLLoader( loadingManager : LoadingManager )

接下来，我们加载一个城市模型

javascript 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>*{ margin: 0; padding: 0;}</style>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <script src="../lib/three/OBJLoader.js"></script>
    <script src="../lib/three/MTLLoader.js"></script>
    <script src="../lib/three/OBJMTLLoader.js"></script>
</head>

<body>
<script>
    // 创建场景
    const scene = new THREE.Scene();
    // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
    // 设置相机位置
    camera.position.set(0, 300, 400);
    camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));

    // 创建渲染器
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    // 设置渲染器尺寸
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // 添加灯光
    const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
    spotLight.position.set(2000, 8000, 4000);
    scene.add(spotLight);

    const loader = new THREE.OBJMTLLoader();
    // PS：想要文件的加群获取...
    loader.load('../assets/models/city.obj', '../assets/models/city.mtl', (mesh) => {
        scene.add(mesh);
    })

    const animation = () => {
        // 渲染
        renderer.render(scene, camera);
        requestAnimationFrame(animation);
    }

    animation();
</script>
</body>

</html>

四、使用相机控制器

相机控制器有很多种，它的作用是使得相机围绕目标进行不同类型的运动。

接下来，我们使用 轨迹球控制器、第一人称控制器、飞行控制器、翻滚控制器和轨道控制器 查看一下效果。

javascript 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <style>*{ margin: 0; padding: 0;}</style>
    <script src="../lib/three/three.js"></script>
    <script src="../lib/three/OBJLoader.js"></script>
    <script src="../lib/three/MTLLoader.js"></script>
    <script src="../lib/three/OBJMTLLoader.js"></script>

    <!--  轨迹球控件  -->
    <script src="../lib/three/TrackballControls.js"></script>
    <!--  第一人称控件  -->
    <script src="../lib/three/FirstPersonControls.js"></script>
    <!--  飞行控件  -->
    <script src="../lib/three/FlyControls.js"></script>
    <!--  翻滚控件  -->
    <script src="../lib/three/RollControls.js"></script>
    <!--  轨道控件  -->
    <script src="../lib/three/OrbitControls.js"></script>
</head>

<body>
<script>
    const clock = new THREE.Clock();
    // 创建场景
    const scene = new THREE.Scene();
    // 创建相机 视野角度FOV、长宽比、近截面、远截面
    const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
    // 设置相机位置
    // camera.position.set(0, 300, 400);
    // camera.position.set(100, 30, 0);
    camera.position.set(100, 100, 0);
    camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));

    // 轨迹球控件
    // const trackball = new THREE.TrackballControls(camera);

    // 第一人称控件
    // const controls = new THREE.FirstPersonControls(camera);
    // controls.lookSpeed = 0.2;

    // 飞行控件
    // const controls = new THREE.FlyControls(camera);
    // controls.rollSpeed = 0.5;

    // 翻滚控件
    // const controls = new THREE.RollControls(camera);

    // 轨道控件
    const controls = new THREE.OrbitControls(camera);

    // 创建渲染器
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    // 设置渲染器尺寸
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // 添加灯光
    const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
    spotLight.position.set(2000, 8000, 4000);
    scene.add(spotLight);

    const loader = new THREE.OBJMTLLoader();
    loader.load('../assets/models/city.obj', '../assets/models/city.mtl', (mesh) => {
        scene.add(mesh);
    })

    const animation = () => {
        // trackball.update();
        controls.update(clock.getDelta());
        // 渲染
        renderer.render(scene, camera);
        requestAnimationFrame(animation);
    }

    animation();
</script>
</body>

</html>

下面，我们以轨道控制器为例，看一下具体的呈现效果：

three.js 使用相机控制器

总结

本篇文章我们讲解了几种常见几何体的基本使用，包括 tween动画、光线投射拾取、加载.obj/.mtl外部文件、使用相机控制器。

更多内容扩展请大家自行查阅 => three.js官方文档，真心推荐读一读！！

好啦，本篇文章到这里就要和大家说再见啦，祝你这篇文章阅读愉快，你下篇文章的阅读愉快留着我下篇文章再祝！

参考资料：

  1. Three.js 官方文档
  2. WebGL+Three.js 入门与实战【作者：慕课网_yancy】
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