Three.js 着色器使用教程:进阶指南

在 Three.js 的三维场景构建中,着色器(Shader)是极为强大的工具,能显著提升场景渲染效果,创造独特视觉体验。本文假定你已掌握 Three.js 基础,将深入探讨着色器在 Three.js 中的运用。

理解着色器

着色器是运行在 GPU 上的小程序,分为顶点着色器(Vertex Shader)和片段着色器(Fragment Shader)。顶点着色器处理几何体顶点,常用于控制物体形状、位置和方向;片段着色器处理每个像素颜色,决定物体表面最终呈现颜色。在 Three.js 中,通过自定义着色器可实现复杂光影效果、材质模拟等。

在 Three.js 中使用自定义着色器

1. 创建着色器材质

使用ShaderMaterial类创建自定义着色器材质。需提供顶点着色器和片段着色器代码字符串。

js 复制代码
const vertexShader = `
    void main() {
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    }
`;
const fragmentShader = `
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    }
`;
const shaderMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
    vertexShader,
    fragmentShader
});

上述代码中,顶点着色器仅进行常规坐标变换,将顶点位置转换到屏幕空间。片段着色器将所有像素设置为红色。

2. 应用材质到几何体

将创建的ShaderMaterial应用到几何体上,与使用普通材质类似。

js 复制代码
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, shaderMaterial);
scene.add(mesh);

此时,场景中立方体将呈现红色。

示例:实现简单的渐变效果

修改片段着色器实现从顶部蓝色到底部绿色的渐变效果。

js 复制代码
const vertexShader = `
    void main() {
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    }
`;
const fragmentShader = `
    varying vec2 vUv;
    void main() {
        vec4 topColor = vec4(0.0, 0.0, 1.0, 1.0);
        vec4 bottomColor = vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
        float interpolate = vUv.y;
        gl_FragColor = mix(topColor, bottomColor, interpolate);
    }
`;
const shaderMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
    vertexShader,
    fragmentShader
});
// 在顶点着色器中传递纹理坐标
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
geometry.setAttribute('uv', new THREE.BufferAttribute(new Float32Array([
    0, 0,  1, 0,  1, 1,  0, 1
]), 2));
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, shaderMaterial);
scene.add(mesh);

这里,在顶点着色器中未做太多修改。片段着色器引入vUv变量(用于存储纹理坐标),通过vUv.y值(范围 0 - 1)对顶部蓝色和底部绿色进行线性插值,实现渐变效果。需注意,要为几何体设置uv属性传递纹理坐标信息。

传递 Uniform 变量

Uniform 变量是在着色器中可在每一帧更新的全局变量。如传递时间变量实现动画效果。

js 复制代码
const vertexShader = `
    uniform float time;
    void main() {
        vec3 newPosition = position;
        newPosition.y += sin(time + position.x) * 0.2;
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(newPosition, 1.0);
    }
`;
const fragmentShader = `
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    }
`;
const shaderMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
    vertexShader,
    fragmentShader,
    uniforms: {
        time: { value: 0 }
    }
});
function animate() {
    requestAnimationFrame(animate);
    shaderMaterial.uniforms.time.value += 0.05;
    renderer.render(scene, camera);
}
animate();

在上述代码中,顶点着色器引入time uniform 变量,根据时间和顶点x坐标修改顶点y坐标,实现波浪状动画效果。在animate函数中每一帧更新time uniform 变量值。

总结

通过上述示例,你了解了在 Three.js 中创建和使用自定义着色器、实现渐变效果及传递 uniform 变量。着色器功能强大,可实现复杂材质、光影和动画效果。深入研究着色器语言(GLSL)语法和特性,能为 Three.js 场景开发带来更多创意和可能。

相关推荐
PHP武器库2 分钟前
ULUI:不止于按钮和菜单,一个专注于“业务组件”的纯 CSS 框架
前端·css
方也_arkling8 分钟前
Element Plus主题色定制
javascript·sass
电商API_1800790524710 分钟前
第三方淘宝商品详情 API 全维度调用指南:从技术对接到生产落地
java·大数据·前端·数据库·人工智能·网络爬虫
晓晓莺歌12 分钟前
vue3某一个路由切换,导致所有路由页面均变成空白页
前端·vue.js
2601_9498095930 分钟前
flutter_for_openharmony家庭相册app实战+我的Tab实现
java·javascript·flutter
Up九五小庞41 分钟前
开源埋点分析平台 ClkLog 本地部署 + Web JS 埋点测试实战--九五小庞
前端·javascript·开源
摘星编程1 小时前
React Native + OpenHarmony:UniversalLink通用链接
javascript·react native·react.js
qq_177767371 小时前
React Native鸿蒙跨平台数据使用监控应用技术,通过setInterval每5秒更新一次数据使用情况和套餐使用情况,模拟了真实应用中的数据监控场景
开发语言·前端·javascript·react native·react.js·ecmascript·harmonyos
烬头88211 小时前
React Native鸿蒙跨平台应用实现了onCategoryPress等核心函数,用于处理用户交互和状态更新,通过计算已支出和剩余预算
前端·javascript·react native·react.js·ecmascript·交互·harmonyos
程序员清洒3 小时前
Flutter for OpenHarmony:Text — 文本显示与样式控制
开发语言·javascript·flutter