Three.js中的Raycasting技术:实现3D场景交互事件的Raycaster详解

前言

Web开发中,Three.js是一个极为强大的库,它让开发者能够轻松地在浏览器中创建和展示3D图形。随着3D技术在网页设计、游戏开发、数据可视化等领域的广泛应用,用户与3D场景的交互变得日益重要。而要实现这种交互,一个核心的技术就是光线投射(Raycasting)。通过Three.js提供的Raycaster类,我们可以检测鼠标或触摸事件在3D空间中的对应位置,进而实现点击、悬停等交互效果。本文将深入探讨如何使用Three.jsRaycaster来实现3D场景的交互事件。

光线投射原理及其属性介绍

通过Raycaster拾取模型进行轮廓高亮走这里>>>

什么是Raycasting?

Raycasting是一种计算机图形学技术,用于确定从一个点(通常是观察者的位置或屏幕上的某一点)发射出的光线与场景中物体的交点。在3D应用中,这一技术常用于模拟光照效果、碰撞检测以及用户交互。简单来说,当你在屏幕上点击或触摸时,Three.js会从该点向场景发射一条虚拟的射线,然后检查这条射线与场景中哪些对象相交,从而判断用户点击了哪个对象。

这个类用于进行raycasting(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)。

Three.js中的Raycaster

Three.js中,Raycaster类是实现这一功能的关键。它允许你创建一个射线,并提供方法来检测这个射线与场景中对象的交点。以下是使用Raycaster的基本步骤:

Raycaster实例解释

javascript 复制代码
new THREE.Raycaster(origin, direction, near, far)

参数说明:

origin - 光线投射的原点,Vector3类型。
direction - 射线的方向,Vector3类型。
near - 投射近点,不能为负值,应该小于far,其默认值为0
far 投射远点,不能小于near,其默认值为无穷大。

射线交叉对象

创建的光线投射对象有一个intersectObject()方法用来获取射线交叉的对象,使用方法如下

javascript 复制代码
const raycaster = new THREE.Raycaster(origin, direction, near, far)
const arr= raycaster.intersectObjects(object, recursive,optionalTarget)

raycaster.intersectObjects()参数

object - 要检查的是否与射线相交的对象,Object3D类型。
recursive - 是否检查所有后代,可选默认为falseBoolean类型。
optionalTarget - 可选参数,放置结果的目标数组。Array类型。若使用这个参数返回检查结果则在每次调用之前必须清空这个数组。

raycaster.intersectObjects()的返回值

distance - 射线投射原点和相交部分之间的距离。
point - 相交部分的坐标。
face - 相交的面。
faceIndex - 相交的面的索引。
object - 相交的物体。
uv - 相交部分的点的UV坐标。

光线投射示例

示例步骤

步骤一、创建射线

javascript 复制代码
const raycaster = new THREE.Raycaster()

步骤二、用一个二维向量保存鼠标点击画布上的位置

javascript 复制代码
const mouse = new THREE.Vector2(1, 1)

步骤三、监听窗口事件,将x,y轴归一化坐标,通过摄像机和鼠标的位置更新色线,计算物体和射线的焦点能不能碰到物体,碰到物体后随机改变射线照射物体的颜色。

javascript 复制代码
window.addEventListener("click",(e)=>{
  //设置鼠标向量的x,y值,将XY轴归一化,X从-1到1,Y为从-1到1,所以除以2
  mouse.x = (e.clientX/window.innerWidth)*2-1
  mouse.y = -(e.clientY/window.innerHeight)*2+1
  // 通过摄像机和鼠标的位置,更新射线
  raycaster.setFromCamera(mouse,this.camera)
  //计算物体和射线的焦点能不能碰到物体
  const intersects = raycaster.intersectObjects([sphere1,sphere2,sphere3])
  if(intersects.length>0){
    intersects[0].object.material.color.set(this.color16())
  }
})
代码解释:
javascript 复制代码
raycaster.setFromCamera(mouse,this.camera)

每次渲染循环中,你需要更新射线的起点(通常是相机的位置)和方向(通常是基于鼠标坐标计算出的向量):这里,mouse是归一化设备坐标(即范围在(-1, -1)(1, 1)之间的坐标),可以通过监听鼠标或触摸事件并使用THREE.Vector2和renderer.domElement.clientWidth/Height进行转换得到。

javascript 复制代码
const intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children, true);

使用raycaster.intersectObjects()方法来检测射线与场景中对象的交点:此方法返回一个数组,包含了所有与射线相交的对象信息。如果数组不为空,说明有对象被选中,你可以根据需要处理这些交点信息。

什么是归一化坐标:归一化坐标,是一个二维坐标,仅有X/Y两个维度,且X和Y的取值范围均为[-1, 1],坐标原点位于three.js所创建的canvas的中心处。 ​

归一化坐标公式:

javascript 复制代码
mouse.x = ((event.clientX - container.getBoundingClientRect().left) / container.getBoundingClientRect().width) * 2 - 1;
mouse.y = - ((event.clientY - container.getBoundingClientRect().top) / container.getBoundingClientRect().height) * 2 + 1;

以上示例完整代码:

javascript 复制代码
<template>
  <div id="container">
    
  </div>
</template>

<script>
import * as THREE from 'three'
// webGL兼容
import WebGL from 'three/examples/jsm/capabilities/WebGL.js';
import { GUI } from 'three/examples/jsm/libs/lil-gui.module.min.js';
// 轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js"
//导入RGBRload加载器
import { RGBELoader } from  "three/examples/jsm/loaders/RGBELoader.js"
//导入场景模型加载器
import {GLTFLoader} from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js"
//导入模型解压器
import {DRACOLoader} from "three/examples/jsm/loaders/DRACOLoader.js"
export default {
  name: 'HomeView',
  components: {
  },
  mounted(){
    this.init()
  },
  data(){
    return {
      camera: null,  //相机对象
      scene: null,  //场景对象
      renderer: null,  //渲染器对象
      mesh: null,  //网格模型对象Mesh
      mesh2:null,
      controls:null, //轨道控制器
      material2:null, //父元素
      planeMesh:null, //平面
      rgbeLoacer:null,
    }
  },
  methods:{
    //随机生成十六进制颜色
    color16(){//十六进制颜色随机
			var r = Math.floor(Math.random()*256);
			var g = Math.floor(Math.random()*256);
			var b = Math.floor(Math.random()*256);
			var color = '#'+r.toString(16)+g.toString(16)+b.toString(16);
			return color;
    },
    init(){
      let container = document.body;
      //创建一个场景
      this.scene = new THREE.Scene()
      //透视摄像机
      this.camera = new THREE.PerspectiveCamera(75,window.innerWidth/window.innerHeight,0.1,700)
      //创建渲染器
      this.renderer = new THREE.WebGLRenderer();
      //渲染器尺寸
      this.renderer.setSize( window.innerWidth,  window.innerHeight );    
      
      // 创建三个球
      const sphere1 = new THREE.Mesh(
        new THREE.SphereGeometry(1,32,32),
        new THREE.MeshBasicMaterial({
          color:0x00ff00
        })
      )
      sphere1.position.x = -3
      this.scene.add(sphere1)
      const sphere2 = new THREE.Mesh(
        new THREE.SphereGeometry(1,32,32),
        new THREE.MeshBasicMaterial({
          color:0xff0000
        })
      )
      sphere2.position.x = 0
      this.scene.add(sphere2)
      const sphere3 = new THREE.Mesh(
        new THREE.SphereGeometry(1,32,32),
        new THREE.MeshBasicMaterial({
          color:0x0000ff
        })
      )      
      sphere3.position.x = 3
      this.scene.add(sphere3)
      //创建射线
      const raycaster = new THREE.Raycaster()
      //用一个二维向量保存鼠标点击画布上的位置
      const mouse = new THREE.Vector2(1, 1)   
      window.addEventListener("click",(e)=>{
        //设置鼠标向量的x,y值,将XY轴归一化,X从-1到1,Y为从-1到1,所以除以2
        mouse.x = (e.clientX/window.innerWidth)*2-1
        mouse.y = -(e.clientY/window.innerHeight)*2+1
        console.log(mouse.x,mouse.y)
        // 通过摄像机和鼠标的位置,更新涉嫌
        raycaster.setFromCamera(mouse,this.camera)
        //计算物体和射线的焦点能不能碰到物体
        const intersects = raycaster.intersectObjects([sphere1,sphere2,sphere3])
        console.log("intersects",intersects)
        if(intersects.length>0){
          intersects[0].object.material.color.set(this.color16())
        }
      })
      this.scene.background=new THREE.Color(0x999999)
      // 设置相机位置
      this.camera.position.z = 15;   
      this.camera.position.y =2;  
      this.camera.position.x = 2; 
      // 看的方向 
      this.camera.lookAt(0,0,0)
      //添加世界坐标辅助器
      const axesHelper = new THREE.AxesHelper(3) 
      this.scene.add( axesHelper );
      //添加轨道控制器
      this.controls = new OrbitControls(this.camera,this.renderer.domElement)
      //添加阻尼带有惯性
      this.controls.enableDamping = true
      //设置阻尼系数
      this.controls.dampingFactor = 0.05
      //元素中插入canvas对象
      container.appendChild(this.renderer.domElement); 
      if ( WebGL.isWebGLAvailable() ) {
        this.animate();
      } else {
        const warning = WebGL.getWebGLErrorMessage();
        document.getElementById( document.body ).appendChild( warning );
      }
    },
    //旋转起来
    animate() {
      this.controls.update()
      requestAnimationFrame( this.animate );
      // this.mesh.rotation.x += 0.01;
      // this.mesh.rotation.y += 0.01;
      this.renderer.render( this.scene, this.camera );
    }
  }
}
</script>

总结

通过Three.jsRaycaster,我们能够以直观且高效的方式实现3D场景中的交互事件。无论是简单的点击反馈,还是复杂的拖拽操作,Raycasting都是构建互动式3D体验不可或缺的一部分。掌握这项技术,无疑能极大提升你的3D应用或游戏的用户体验。希望本文能为你开启探索Three.js交互世界的大门,让你的3D项目更加生动有趣。

相关推荐
腾讯TNTWeb前端团队6 小时前
helux v5 发布了,像pinia一样优雅地管理你的react状态吧
前端·javascript·react.js
范文杰9 小时前
AI 时代如何更高效开发前端组件?21st.dev 给了一种答案
前端·ai编程
拉不动的猪9 小时前
刷刷题50(常见的js数据通信与渲染问题)
前端·javascript·面试
拉不动的猪9 小时前
JS多线程Webworks中的几种实战场景演示
前端·javascript·面试
FreeCultureBoy10 小时前
macOS 命令行 原生挂载 webdav 方法
前端
uhakadotcom11 小时前
Astro 框架:快速构建内容驱动型网站的利器
前端·javascript·面试
uhakadotcom11 小时前
了解Nest.js和Next.js:如何选择合适的框架
前端·javascript·面试
uhakadotcom11 小时前
React与Next.js:基础知识及应用场景
前端·面试·github
uhakadotcom11 小时前
Remix 框架:性能与易用性的完美结合
前端·javascript·面试
uhakadotcom11 小时前
Node.js 包管理器:npm vs pnpm
前端·javascript·面试