【WebGL】Three.js繪制基礎3D圖形示例


WebGL(Web圖形庫)是一個JavaScript API,可在任何兼容的Web瀏覽器中渲染高性能的交互式3D和2D圖形,而無需使用插件。WebGL通過引入一個與OpenGL ES 2.0非常一致的API來做到這一點,該API可以在HTML5 <canvas>元素中使用。也就是說WebGL是在瀏覽器中實現三維效果的一套規范。使用WebGL原生的API來寫3D程序是一件非常痛苦的事情,幸好,有很多同行花業余時間寫了一些WebGL開源框架,其中three.js就是非常優秀的一個。

下面是使用Three.js繪制基礎3D圖形的一個示例:

<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>Three框架</title>
        <script src='http://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/r70/three.min.js'></script>
        <style type="text/css">
            div#canvas-frame {
                border: none;
                cursor: pointer;
                width: 100%;
                height: 600px;
                background-color: #EEEEEE;
            }

        </style>
        <script>
            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById('canvas-frame').clientWidth;
                height = document.getElementById('canvas-frame').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById('canvas-frame').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

            var camera;
            function initCamera() {
                camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000 );
                camera.position.z = 5;
            }

            var scene;
            function initScene() {
                scene = new THREE.Scene();
            }

            var light;
            function initLight() {
                light = new THREE.DirectionalLight(0xFF0000, 1.0, 0);
                light.position.set(100, 100, 200);
                scene.add(light);
            }

            var cube;
            function initObject() {                
                var geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0x00ff00 } );
                cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
                scene.add( cube );
            }
            function render()
            {
                renderer.clear();
                cube.rotation.x += 0.1;
                cube.rotation.y += 0.1;
                renderer.render(scene, camera);
                requestAnimationFrame(render);
            }
            function threeStart() {
                initThree();
                initCamera();
                initScene();
                initLight();
                initObject();
                render();
            }

        </script>
    </head>

    <body onload="threeStart();">
        <div id="canvas-frame"></div>
    </body>
</html>

效果:

 

 代碼分解如下:

1、場景

在Three.js中,要渲染物體到網頁中,我們需要3個組件:場景(scene)、相機(camera)和渲染器(renderer)。有了這三樣東西,才能將物體渲染到網頁中去。

記住關建語句:有了這三樣東西,我們才能夠使用相機將場景渲染到網頁上去。創建這三要素的代碼如下:

在Threejs中場景就只有一種,用THREE.Scene來表示,要構件一個場景也很簡單,只要new一個對象就可以了,代碼如下:

var scene;
function initScene() {
   scene = new THREE.Scene();
}

場景是所有物體的容器,如果要顯示一個蘋果,就需要將蘋果對象加入場景中。

2、相機

另一個組件是相機,相機決定了場景中那個角度的景色會顯示出來。相機就像人的眼睛一樣,人站在不同位置,抬頭或者低頭都能夠看到不同的景色。

場景只有一種,但是相機卻又很多種。和現實中一樣,不同的相機確定了呈相的各個方面。比如有的相機適合人像,有的相機適合風景,專業的攝影師根據實際用途不一樣,選擇不同的相機。對程序員來說,只要設置不同的相機參數,就能夠讓相機產生不一樣的效果。

在Threejs中有多種相機,這里介紹兩種,它們是:

透視相機(THREE.PerspectiveCamera)、這里我們使用一個透視相機,透視相機的參數很多,這里先不詳細講解。后面關於相機的那一章,我們會花大力氣來講。定義一個相機的代碼如下所示:

var camera;
function initCamera() {
    camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000 );
    camera.position.z = 5;
}

3、渲染器

最后一步就是設置渲染器,渲染器決定了渲染的結果應該畫在頁面的什么元素上面,並且以怎樣的方式來繪制。這里我們定義了一個WebRenderer渲染器,代碼如下所示:

            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById('canvas-frame').clientWidth;
                height = document.getElementById('canvas-frame').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById('canvas-frame').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

 

注意,渲染器renderer的domElement元素,表示渲染器中的畫布,所有的渲染都是畫在domElement上的,所以這里的appendChild表示將這個domElement掛接在body下面,這樣渲染的結果就能夠在頁面中顯示了。

4、添加物體到場景中

那現在,我們將一個物體添加到場景中:

            var cube;
            function initObject() {                
                var geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0x00ff00 } );
                cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
                scene.add( cube );
            }

代碼中出現了THREE.CubeGeometry,THREE.CubeGeometry是什么東東,他是一個幾何體,幾何體由什么組成,已經不是本課的主要內容了,后面的課程我們會詳細的學到。不過這里你只需要知道CubeGeometry是一個正方體或者長方體,究竟是什么,由它的3個參數所決定,cubeGeometry的原型如下代碼所示:

CubeGeometry(width, height, depth, segmentsWidth, segmentsHeight, segmentsDepth, materials, sides)

width:立方體x軸的長度

height:立方體y軸的長度

depth:立方體z軸的深度,也就是長度

想一想大家就明白,以上3個參數就能夠確定一個立方體。

剩下的幾個參數就要費解和復雜一些了,不過后面我們會自己來寫一個立方體,到時候,你會更明白這些參數的意義,這里你可以將這些參數省略。

5、渲染

終於到了最后一步,這一步做完后,就可以該干嘛干嘛去了。

渲染應該使用渲染器,結合相機和場景來得到結果畫面。實現這個功能的函數是

renderer.render(scene, camera);

渲染函數的原型如下:

render( scene, camera, renderTarget, forceClear )

各個參數的意義是:

scene:前面定義的場景

camera:前面定義的相機

renderTarget:渲染的目標,默認是渲染到前面定義的render變量中

forceClear:每次繪制之前都將畫布的內容給清除,即使自動清除標志autoClear為false,也會清除。

6、渲染循環

渲染有兩種方式:實時渲染和離線渲染 。

先看看離線渲染,想想《西游降魔篇》中最后的佛主,他肯定不是真的,是電腦渲染出來的,其畫面質量是很高的,它是事先渲染好一幀一幀的圖片,然后再把圖片拼接成電影的。這就是離線渲染。如果不事先處理好一幀一幀的圖片,那么電影播放得會很卡。CPU和GPU根本沒有能力在播放的時候渲染出這種高質量的圖片。

實時渲染:就是需要不停的對畫面進行渲染,即使畫面中什么也沒有改變,也需要重新渲染。下面就是一個渲染循環:

            function render()
            {
                renderer.clear();
                cube.rotation.x += 0.1;
                cube.rotation.y += 0.1;
                renderer.render(scene, camera);
                requestAnimationFrame(render);
            }

其中一個重要的函數是requestAnimationFrame,這個函數就是讓瀏覽器去執行一次參數中的函數,這樣通過上面render中調用requestAnimationFrame()函數,requestAnimationFrame()函數又讓rander()再執行一次,就形成了我們通常所說的游戲循環了。

7、場景,相機,渲染器之間的關系 

Three.js中的場景是一個物體的容器,開發者可以將需要的角色放入場景中,例如蘋果,葡萄。同時,角色自身也管理着其在場景中的位置。

相機的作用就是面對場景,在場景中取一個合適的景,把它拍下來。

渲染器的作用就是將相機拍攝下來的圖片,放到瀏覽器中去顯示。他們三者的關系如下圖所示:

轉自:http://www.hewebgl.com/article/getarticle/50

 

 

 


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