前端实现交互式3D人体肌肉解剖图：基于 Three.js + React Three Fiber 的完整方案

一个没有感情的程序猿2025-12-25 9:58

本文将详细介绍如何在前端实现一个交互式的3D人体肌肉解剖展示工具，用户可以旋转、缩放模型，点击任意肌肉查看中英文名称。

为什么要做这个？

传统的肌肉解剖学习通常依赖静态图片或昂贵的3D软件。作为健身爱好者，我希望能有一个免费、易用的在线工具来学习肌肉解剖知识。于是我决定自己动手，基于开源的 Z-Anatomy 项目，在浏览器中实现一个交互式的3D肌肉解剖图。

如果你想先体验效果，可以试试这个在线的3D肌肉功能解剖工具。

技术架构概览

复制代码 
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      用户浏览器                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────────┐  │
│  │  GLB 模型   │ -> │  Three.js   │ -> │  React Three   │  │
│  │  (Draco)    │    │  场景渲染    │    │  Fiber 组件    │  │
│  └─────────────┘    └─────────────┘    └─────────────────┘  │
│                            │                                │
│         ┌──────────────────┼──────────────────┐             │
│         v                  v                  v             │
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────────┐      │
│  │  射线检测    │    │  肌肉高亮    │    │  i18n 翻译  │      │
│  │  Raycaster  │    │  材质切换    │    │  中英文名称  │      │
│  └─────────────┘    └─────────────┘    └─────────────┘      │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

模型来源与处理

Z-Anatomy 开源项目

Z-Anatomy 是一个开源的人体解剖学 Blender 项目，包含完整的人体肌肉、骨骼、器官等结构。原始文件约 300MB，包含 1000+ 个独立的 mesh 对象。

模型导出与压缩

为了在 Web 端使用，我们需要将 Blender 文件导出为 GLB 格式，并使用 Draco 压缩：

python 复制代码 
# export_cli.py - Blender 命令行导出脚本
import bpy

# 选择所有肌肉相关的对象
muscle_keywords = ['muscle', 'deltoid', 'bicep', 'tricep', 'pectoralis', ...]

for obj in bpy.data.objects:
    if obj.type == 'MESH':
        name_lower = obj.name.lower()
        if any(keyword in name_lower for keyword in muscle_keywords):
            obj.select_set(True)

# 导出为 GLB，启用 Draco 压缩
bpy.ops.export_scene.gltf(
    filepath='muscle-anatomy.glb',
    export_format='GLB',
    use_selection=True,
    export_draco_mesh_compression_enable=True,
    export_draco_mesh_compression_level=6,
)

导出后的模型从 300MB 压缩到约 6.8MB，非常适合 Web 加载。

核心实现

1. 场景搭建 (React Three Fiber)

tsx 复制代码 
// muscle-scene.tsx
import { Canvas } from '@react-three/fiber';
import { OrbitControls, Environment } from '@react-three/drei';

export function MuscleScene({ onMuscleClick, onMuscleHover, hoveredMuscle, selectedMuscle }) {
  return (
    <Canvas camera={{ position: [1.5, 0.3, 2], fov: 50 }}>
      {/* 环境光照 */}
      <ambientLight intensity={0.6} />
      <directionalLight position={[5, 5, 5]} intensity={0.8} />
      
      {/* 3D 模型 */}
      <Suspense fallback={null}>
        <MuscleModel
          onMuscleClick={onMuscleClick}
          onMuscleHover={onMuscleHover}
          hoveredMuscle={hoveredMuscle}
          selectedMuscle={selectedMuscle}
        />
      </Suspense>
      
      {/* 轨道控制器 */}
      <OrbitControls
        enablePan={false}
        minDistance={1}
        maxDistance={5}
        target={[0, 0.5, 0]}
      />
      
      {/* 环境贴图 */}
      <Environment preset="studio" />
    </Canvas>
  );
}

2. 模型加载与肌肉识别

tsx 复制代码 
// muscle-model.tsx
import { useGLTF } from '@react-three/drei';
import * as THREE from 'three';

// 肌肉识别关键词
const muscleKeywords = [
  'muscle', 'deltoid', 'bicep', 'tricep', 'pectoralis',
  'latissimus', 'trapezius', 'rectus', 'oblique', 'gluteus',
  'quadricep', 'vastus', 'hamstring', 'gastrocnemius', 'soleus',
  // ... 更多关键词
];

// 需要隐藏的非肌肉对象
const HIDDEN_KEYWORDS = [
  'region', 'fascia', 'bursa', 'ligament', 'membrane',
  '.j', '.t', // Z-Anatomy 的标签后缀
];

function isMuscle(name: string): boolean {
  const lowerName = name.toLowerCase();
  return muscleKeywords.some(keyword => lowerName.includes(keyword))
    && !HIDDEN_KEYWORDS.some(keyword => lowerName.includes(keyword));
}

export function MuscleModel({ onMuscleClick, onMuscleHover, hoveredMuscle, selectedMuscle }) {
  const { scene } = useGLTF('/models/muscle-anatomy.glb');
  
  // 克隆场景并处理材质
  const clonedScene = useMemo(() => {
    const clone = scene.clone(true);
    
    clone.traverse((child) => {
      if (child instanceof THREE.Mesh) {
        if (shouldHide(child.name)) {
          child.parent?.remove(child);
          return;
        }
        
        if (isMuscle(child.name)) {
          // 为肌肉设置红色系材质
          child.material = child.material.clone();
          child.material.color = new THREE.Color(0xc44d4d);
          child.material.roughness = 0.7;
          child.material.metalness = 0.1;
        }
      }
    });
    
    return clone;
  }, [scene]);
  
  return (
    <primitive
      object={clonedScene}
      position={[0, -0.84, 0]}
      onPointerOver={handlePointerOver}
      onPointerOut={handlePointerOut}
      onClick={handleClick}
    />
  );
}

3. 交互高亮效果

tsx 复制代码 
// 高亮颜色配置
const HIGHLIGHT_COLOR = new THREE.Color(0x5ac57a);  // 薄荷绿 - 悬停
const SELECTED_COLOR = new THREE.Color(0x4caf50);   // 深绿 - 选中

// 更新高亮效果
useEffect(() => {
  clonedScene.traverse((child) => {
    if (child instanceof THREE.Mesh && isMuscle(child.name)) {
      const material = child.material as THREE.MeshStandardMaterial;
      const muscleId = getMuscleIdFromModelName(child.name);
      
      const isHovered = muscleId === hoveredMuscle;
      const isSelected = muscleId === selectedMuscle;
      
      if (isSelected) {
        material.emissive = SELECTED_COLOR;
        material.emissiveIntensity = 0.5;
      } else if (isHovered) {
        material.emissive = HIGHLIGHT_COLOR;
        material.emissiveIntensity = 0.3;
      } else {
        material.emissive = new THREE.Color(0x000000);
        material.emissiveIntensity = 0;
      }
    }
  });
}, [hoveredMuscle, selectedMuscle, clonedScene]);

4. 肌肉名称映射与多语言

Z-Anatomy 的命名格式是 Muscle name.l（左侧）/ Muscle name.r（右侧），我们需要将其映射到标准的肌肉 ID：

typescript 复制代码 
// muscles.ts
const muscleAliases: Record<string, string[]> = {
  'pectoralis_major': [
    'pectoralis major',
    'sternocostal head of pectoralis major',
    'clavicular head of pectoralis major',
  ],
  'biceps_brachii': [
    'biceps brachii',
    'long head of biceps brachii',
    'short head of biceps brachii',
  ],
  // ... 更多映射
};

export function getMuscleIdFromModelName(modelName: string): string | undefined {
  const cleanName = modelName
    .replace(/\.(l|r|el|er)$/i, '')  // 移除左右后缀
    .toLowerCase()
    .trim();
  
  for (const [muscleId, aliases] of Object.entries(muscleAliases)) {
    if (aliases.some(alias => cleanName.includes(alias))) {
      return muscleId;
    }
  }
  
  return undefined;
}

多语言翻译存储在 i18n 模块中：

typescript 复制代码 
// locales/zh/muscle-anatomy.ts
export const muscleAnatomy = {
  muscles: {
    pectoralis_major: '胸大肌',
    biceps_brachii: '肱二头肌',
    triceps_brachii: '肱三头肌',
    latissimus_dorsi: '背阔肌',
    rectus_abdominis: '腹直肌',
    gluteus_maximus: '臀大肌',
    quadriceps_femoris: '股四头肌',
    gastrocnemius: '腓肠肌',
    // ... 150+ 肌肉翻译
  },
};

性能优化

1. 模型压缩

  • 使用 Draco 压缩，模型从 300MB 压缩到 6.8MB
  • 在 Blender 中使用 Decimate Modifier 降低面数

2. 动态加载

tsx 复制代码 
// 使用 Next.js 动态导入，禁用 SSR
const MuscleScene = dynamic(
  () => import('./muscle-scene').then((mod) => mod.MuscleScene),
  { ssr: false }
);

3. 材质优化

  • 克隆材质避免全局修改
  • 使用 emissive 属性实现高亮，避免重新创建材质

应用场景

这套技术方案可以应用于多种场景：

  1. 健身教育：帮助健身爱好者了解肌肉位置和名称
  2. 医学教学：辅助医学生学习人体解剖
  3. 康复指导：展示特定肌肉群的位置
  4. 游戏开发：角色肌肉系统参考

如果你对健身相关的工具感兴趣，可以看看这些在线计算器：

总结

本文介绍了如何在前端使用 Three.js + React Three Fiber 实现交互式3D人体肌肉解剖展示。核心技术点包括：

  1. 模型处理：从 Z-Anatomy 导出并压缩 GLB 模型
  2. 场景搭建：使用 React Three Fiber 构建 3D 场景
  3. 交互实现：射线检测 + 材质高亮
  4. 多语言支持：肌肉名称中英文翻译

这套方案完全在浏览器端运行，无需后端服务，非常适合构建教育类的3D可视化应用。

相关链接：

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