【基础】Three.js的零基础入门篇（附案例代码）

Three.js入门篇

- 一、Three.js和webGL的介绍
- 二、开发和学习环境
- 三、三个基本概念
- - 1. 场景Scene
  - 2. 相机Camera
  - 3. 渲染器Renderer
- 四、三维坐标系
- 五、材质Material
- 六、光源
- - 1. 点光源
  - 2. 环境光
  - 3. 平行光:
- 七、常见几何体
- 八、渲染器-设置设备像素比
- 九、渲染器-锯齿属性
- 十、小案例
- 十一、总结
- - 1. 初始化基本组件
  - 2. 添加几何体（物体）和材质
  - 3. 添加光源（如果需要）
  - 4. 创建动画循环
  - 5. 处理窗口大小调整

请添加图片描述
（这个案例后面会有！！）

让我们先了解一下基本的入门知识~

一、Three.js和webGL的介绍

Three.js

是一款基于原生WebGL封装的Web 3D库，向外提供了许多的接口。
它可以运用在在小游戏、产品展示、物联网、数字孪生、智慧城市园区、机械、建筑、全景看房、GIS等各个领域。

WebGL

WebGL（Web 图形库）是一个 JavaScript API，可在任何兼容的 Web 浏览器中渲染高性能的交互式 3D 和 2D 图形，而无需使用插件。WebGL 通过引入一个与 OpenGL ES 2.0 非常一致的 API 来做到这一点，该 API 可以在 HTML5 元素中使用。原生WebGL和图形学是Three.js的底层知识。

二、开发和学习环境

开发环境：项目开发引入threejs，比如vue或react脚手架引入threejs。
- 安装：threejs是一个js库，直接通过npm命令行安装。
  
  🔔npm安装特定版本three.js(注意使用哪个版本，查文档就查对应版本)
```
// 比如安装148版本
npm install three@0.148.0 --save
```
- 引入three.js
```
// 引入three.js
import * as THREE from 'three';
```
- 引入其他拓展库
  
  除了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。
  
  需要用到哪一个扩展库，再局部引入。
```
// 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';
```
  注：新版本路径addons替换了examples/jsm
```
// 引入旧版本拓展库
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js';
```

学习环境：入门threejs阶段，.html文件中直接引入threejs。再使用vscode的Live Sever插件去创建一个本地服务器。

script标签方式引入three.js

three.js库可以去hreejs官方文件包下面的build目录下载。

Three.js 的 github地址

//在<head>中引入js文件
<script src="./build/three.js"></script>

//随便输入一个API，测试下是否已经正常引入three.js
console.log(THREE.Scene);

type="importmap"配置路径

官网写法：

<script type="importmap">
    {
		"imports": {
			"three": "./build/three.module.js"//文件从官网下载
		}
	}
</script>

<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

三、三个基本概念

在这里插入图片描述

1. 场景Scene

三维场景：用来模拟生活中的真实三维场景。新建好的几何体、光源、相机等，都需要添加到场景中才会显示。
物体形状：几何体·Geometry
物体外观：材质Material
物体：网格模型Mesh（虚拟物体）
模型位置：.position

将模型添加到三维场景scene中：.add()方法

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

// 创建一个长宽高为10的长方体几何对象Geometry
const geometry = new THREE.BoxGeometry( 10, 10, 10 );

// 创建一个材质对象Material,并设置材质颜色
const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xffff00 } );

//  创建网格模型Mesh，可以将它看成一个虚拟物体
const mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );

// 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);
// 将模型添加到场景中
scene.add( mesh );

2. 相机Camera

相机的作用是拍摄你的画面。

Three,js中有两种相机：

正交投影相机（OrthographicCamera）

这种投影模式下，无论物体距离相机距离远或者近，在最终渲染的图片中物体的大小都保持不变。常用于渲染2D场景或者UI元素

透视投影相机（PerspectiveCamera）

近大远小，模拟人眼所看到场景。它是3D场景的渲染中用得最普遍的投影模式。

透视投影相机PerspectiveCamera：视锥体
相机距离物体的位置：.position

相机镜头对准哪个物体（坐标）：.lookAt()

// 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
// 45: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(45, width / height, 1, 3000);

//相机在Three.js三维坐标系中的位置
camera.position.set(200, 200, 200); 

//相机观察目标指向Threejs 3D空间中某个位置
camera.lookAt(0, 0, 0); //1. 坐标原点
camera.lookAt(mesh.position);//2. 指向mesh对应的位置

请添加图片描述

3. 渲染器Renderer

用相机拍摄好后画面后，还需要用渲染器显示到浏览器上。
快速查找渲染器的方法

WebGL渲染器：WebGLRenderer
设置Canvas画布尺寸：.setSize()
设置背景颜色： .setClearColor()
渲染器渲染方法：.render()

获取画布元素：.domElement

// 创建渲染器对象
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
const width = 800; //宽度
const height = 500; //高度
renderer.setSize(width, height); //设置画布（渲染区域）的尺寸(像素px)
renderer.render(scene, camera); //执行渲染操作

// 将画布插入到HTML元素中
document.getElementById('demo').appendChild(renderer.domElement);

<div id="demo" ></div>

四、三维坐标系

设置辅助坐标系可以更好地在空间中观察物体。

const axesHelper = new THREE.AxesHelper(10)；//设置坐标轴线段尺寸
scene.add(axesHelper);

如果想看到坐标轴原点，可以将材质为半透明

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    color: 0x0000ff, //设置材质颜色
    transparent:true,//开启透明
    opacity:0.5,//设置透明度
});

注：three.js坐标轴颜色红x、绿y、蓝z，对于three.js的3D坐标系默认y轴朝上。
❓为什么y轴朝上
因为在在Three.js 中，空间是基于右手笛卡尔坐标系展示的。
请添加图片描述

五、材质Material

🔔MeshBasicMaterial材质不受光源影响，场景中不添加光源也可以看见。

如果使用其他材质时，页面不显示模型就要检查是不是光源忘记添加了~

基础网格材质：MeshBasicMaterial（不受光）

漫反射网格材质：MeshLambertMaterial

高光镜面网格材质：MeshPhongMaterial

标准网格材质：MeshStandardMaterial （最真实）

基于物理的渲染（PBR）最近已成为许多3D应用程序的标准，例如Unity， Unreal和 3D Studio Max。

物理网格材质: MeshPhysicalMaterial

请添加图片描述

六、光源

1. 点光源

从一个点向各个方向发射的光源，类似一个灯泡发出的光。

设置点光源：PointLight

        // 【设置光源】(参数1: 颜色, 参数2: 光源强度, 参数3: 光源距离, 参数4: 光源范围)
        const pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff, 1, 0, 0);

点光源辅助观察器：PointLightHelper

        const pointLightHelper = new THREE.PointLightHelper(pointLight, 5);
        scene.add(pointLightHelper);

2. 环境光

环境光会均匀的照亮场景中的所有物体，因为它没有方向，所以不能用来投射阴影。

设置环境光：AmbientLight

        const ambient = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.4);
        scene.add(ambient);

3. 平行光:

平行光是沿着特定方向发射的光，常常用平行光来模拟太阳光的效果。

设置平行光：DirectionalLight

       const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
        // 设置光源的方向：通过光源position属性和目标指向对象的position属性计算
        directionalLight.position.set(80, 100, 50);
	    directionalLight.intensity = 0.5;// 设置光源强度

平行光源辅助观察器：DirectionalLightHelper

        const dirLightHelper = new THREE.DirectionalLightHelper(directionalLight, 1, 0xff0000);//参数1：光源，参数2：长度，参数3：颜色
        scene.add(dirLightHelper);

七、常见几何体

请添加图片描述

八、渲染器-设置设备像素比

如果遇到canvas画布输出模糊问题，需要按着你屏幕设备的像素比去设置。

🔔为了适应不同的硬件设备屏幕，通常需要执行setPixelRatio该方法。

    console.log(`查看当前屏幕设备像素比`,window.devicePixelRatio)
	renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);

九、渲染器-锯齿属性

💬为什么要在渲染时设置锯齿属性?

在 Three.js 中，渲染器负责将场景和相机转换为实际图像。为了获得更好的图像质量和减少图像锯齿。

💬什么是图像锯齿呢？

图片锯齿，全称叫图像折叠失真，是指在图片的画面轮廓边缘出现不平滑的棱角。

出现这种情况，说明画面的分辨率不够或太大而画面拥挤，或者是3D游戏时显卡没启用抗锯齿功能 (抗锯齿标准翻译为抗图像折叠失真)

在这里插入图片描述

抗锯齿（Antialiasing）就是指对图像边缘进行柔化处理，使图像边缘看起来更平滑真实，

Three.js 中提供了多种抗锯齿选项，例如：antialias: true（自动抗锯齿）和 antialias: 0.5（抗锯齿强度为 0.5）。

// 设置自动抗锯齿
// 方式一
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
  antialias:true,
});
// 方式二
renderer.antialias = true

设置抗锯齿后：
在这里插入图片描述

十、小案例

请添加图片描述
代码如下：

<template>
  <div class="wrapper">
    <div ref="threeRef"></div>
  </div>
</template>
<script setup lang="ts">
// 引入three.js
import * as THREE from "three";
// 引入扩展库OrbitControls.js
import { OrbitControls } from "three/addons/controls/OrbitControls.js";
import { onMounted, ref } from "vue";

const threeRef = ref();

const init = () => {
  //! 1.创建场景
  // 创建3D场景对象Scene
  const scene = new THREE.Scene();
  // 设置场景颜色
  scene.background = new THREE.Color("#c1c5d8");
  // 创建一个长宽高为10的长方体几何对象Geometry
  const geometry = new THREE.BoxGeometry(10, 10, 10);

  // const material = new THREE.MeshStandardMaterial({
  //   transparent: true, //开启透明
  //   opacity: 0.5, //设置透明度
  // });
  
  // 模拟镜面反射，产生一个高光效果
  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
    color: 0xff0000,
    shininess: 20, //高光部分的亮度，默认30
    specular: 0x444444, //高光部分的颜色
  });

  //  创建网格模型Mesh，可以将它看成一个虚拟物体
  const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);

  // 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);
  // 将模型添加到场景中
  scene.add(mesh);

  //! 2.创建相机
  // 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(
    75,
    window.innerWidth / window.innerHeight,
    1,
    3000
  );
  camera.position.set(0, 0, 20); // 相机位置
  camera.lookAt(mesh.position); //指向mesh对应的位置

  // !AxesHelper：辅助观察的坐标系
  const axesHelper = new THREE.AxesHelper(50);
  scene.add(axesHelper);

  // !3.创建渲染器
  // 创建渲染器对象
  const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
    antialias: true, // 设置锯齿属性,为了获得更好的图像质量
  });
  // 定义threejs输出画布的尺寸(单位:像素px)
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  // 为了适应不同的硬件设备屏幕，设置设备像素比
  renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
  // 插入到任意HTML元素中
  threeRef.value.append(renderer.domElement);
  //执行渲染操作
  renderer.render(scene, camera);

  // !添加光源
  // 平行光
  const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
  // 设置光源的方向：通过光源position属性和目标指向对象的position属性计算
  directionalLight.position.set(80, 100, 50);
  // 方向光指向对象网格模型mesh，可以不设置，默认的位置是0,0,0
  directionalLight.target = mesh;
  // 将光源添加到场景中
  scene.add(directionalLight);

  // !设置相机控件轨道控制器
  const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
  // 如果OrbitControls改变了相机参数，重新调用渲染器渲染三维场景
  controls.addEventListener("change", function () {
    renderer.render(scene, camera); //执行渲染操作
  }); //监听鼠标、键盘事件
  
  // ! 创建循环动画，使物体可以动起来
  function rotateRender() {
    renderer.render(scene, camera); //执行渲染操作
    mesh.rotateY(0.01); //每次绕y轴旋转0.01弧度
    requestAnimationFrame(rotateRender); //请求再次执行渲染函数render，渲染下一帧
  }
  rotateRender();
 
  // !处理窗口大小调整
    window.onresize = function () {
    // 更新相机纵横比
    camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
    camera.updateProjectionMatrix();

    // 更新渲染器的大小
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  };
};

onMounted(() => {
  init();
});
</script>
<style scoped>
.wrapper {
  overflow: hidden;
  margin: 0px;
}
</style>

十一、总结

在使用Three.js时，初学者需要了解如何从零开始创建一个简单的3D场景。以下是创建步骤和一些注意点：

1. 初始化基本组件

每个Three.js场景需要几个核心组件：场景（Scene）、相机（Camera）和渲染器（Renderer）。

// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();

// 创建透视相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.z = 5;  // 设置相机位置

// 创建WebGL渲染器并设置大小
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);  // 将渲染器的canvas添加到DOM中 ，这里是添加到了body上

2. 添加几何体（物体）和材质

要显示一个3D对象，你需要定义其几何体（Geometry）和材质（Material）。

// 创建一个立方体的几何体
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);

// 创建一种基本的材质并赋予颜色
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });

// 使用几何体和材质创建网格（Mesh）
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);

// 将网格添加到场景中
scene.add(cube);

3. 添加光源（如果需要）

如果使用非基本材质（如MeshPhongMaterial或MeshStandardMaterial），需要添加光源。MeshBasicMaterial不需要光源。

// 创建点光源
const light = new THREE.PointLight(0xffffff, 1, 100);
light.position.set(10, 10, 10);
scene.add(light);

4. 创建动画循环

通过动画循环来不断渲染场景，使3D图形动起来。

function animate() {
    requestAnimationFrame(animate);

    // 在每一帧中旋转立方体
    cube.rotation.x += 0.01;
    cube.rotation.y += 0.01;

    // 渲染场景
    renderer.render(scene, camera);
}

// 启动动画循环
animate();

5. 处理窗口大小调整

为了在用户调整浏览器窗口大小时保持合适的比例和视图，需要添加一个事件监听器来处理相机和渲染器的尺寸调整。

  window.onresize = function () {
    // 更新相机纵横比
    camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
    camera.updateProjectionMatrix();

    // 更新渲染器的大小
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  };

注：以上引用图来自Three.js中文网，借鉴学习，加入自己理解整理而得的学习笔记。

🔍three.js官方中文文档
🔍Three.js中文网
🔍github链接查看所有版本threejs
🔍discoverthreejs

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【基础】Three.js的零基础入门篇（附案例代码）

Three.js入门篇

一、Three.js和webGL的介绍

二、开发和学习环境

三、 三个基本概念

1. 场景Scene

2. 相机Camera

3. 渲染器Renderer

四、三维坐标系

五、材质Material

六、光源

1. 点光源

2. 环境光

3. 平行光:

七、常见几何体

八、渲染器-设置设备像素比

九、渲染器-锯齿属性

十、小案例

十一 、总结

1. 初始化基本组件

2. 添加几何体（物体）和材质

3. 添加光源（如果需要）

4. 创建动画循环

5. 处理窗口大小调整

三、三个基本概念

十一、总结