《一起来学three.js构建WebGL应用》第一课

摘要：主体我们的场景看起来像这样初始化使场景动画化更新控制器状态渲染场景在页面加载时初始化对象这是用建应用的常用结构。其中之一是，它能在场景中绕其轴线旋转。准备控制器准备计时器准备统计因此，我们准备好了四个元素。我们将创建平面的圆立方体和圆柱体。

是时候开始我们致力于WebGL的新系列文章。这是我们的第一节课，我们主要做些的基本功能：创建一个场景，相机，渲染器，控制器（OrbitControls）。我们也将创建简单的定向光，加上一些对象（不同的几何形状）的阴影。为了使事情更快，我们决定采取一个最流行的WebGL框架——three.js。为什么使用three.js？ 事实上，它是开源的JavaScript框架，它也是增长最迅速的和讨论很热烈的引擎 。在这里，已经准备了很多会用到的东西，从基本的点和向量，到做准备工作的场景、着色器，甚至立体效果。

Live Demo

我们可以省略这一步，但是，通常，我们在每一节课都会做。这是我们这节课的HTML结构：

    
        
        
        
        
         //本地样式表
    
    
        
        
        
        
         // 我们待会要写的内容
    

在这段代码中，我们引入了所有今天要用到的库。

我希望你已经见过我们的demo和想象组成它的基本元素，我们将一步一步解释每个部分的创建。

我们的场景看起来像这样：

var lesson1 = {
    scene: null,
    camera: null,
    renderer: null,
    container: null,
    controls: null,
    clock: null,
    stats: null,

    init: function() { // 初始化

    }
};

// 使场景动画化
function animate() {
    requestAnimationFrame(animate);
    render();
    update();
}

// 更新控制器状态
function update() {
    lesson1.controls.update(lesson1.clock.getDelta());
    lesson1.stats.update();
}

// 渲染场景
function render() {
    if (lesson1.renderer) {
        lesson1.renderer.render(lesson1.scene, lesson1.camera);
    }
}

// 在页面加载时初始化 lesson 对象
function initializeLesson() {
    lesson1.init();
    animate();
}

if (window.addEventListener)
    window.addEventListener("load", initializeLesson, false);
else if (window.attachEvent)
    window.attachEvent("onload", initializeLesson);
else window.onload = initializeLesson;

这是用 three.js 建应用的常用结构。几乎所有的东西都将在init方法里创建。

它们是我们场景的主要元素，接下来的代码将创建一个空场景，包含一个前景相机和可用的阴影映射渲染：

// 创建主要场景
this.scene = new THREE.Scene();

var SCREEN_WIDTH = window.innerWidth,
    SCREEN_HEIGHT = window.innerHeight;

// 准备相机
var VIEW_ANGLE = 45, ASPECT = SCREEN_WIDTH / SCREEN_HEIGHT, NEAR = 1, FAR = 10000;
this.camera = new THREE.PerspectiveCamera( VIEW_ANGLE, ASPECT, NEAR, FAR);
this.scene.add(this.camera);
this.camera.position.set(-1000, 1000, 0);
this.camera.lookAt(new THREE.Vector3(0,0,0));

// 准备渲染
this.renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias:true, alpha: false});
this.renderer.setSize(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT);
this.renderer.setClearColor(0xffffff);

this.renderer.shadowMapEnabled = true;
this.renderer.shadowMapSoft = true;

// 准备容器
this.container = document.createElement("div");
document.body.appendChild(this.container);
this.container.appendChild(this.renderer.domElement);

// 事件
THREEx.WindowResize(this.renderer, this.camera);

我们将相机把相机放在45度角，设为全屏幕大小，WebGLRenderer设为白色，再把我们的场景添加到HTML文档中，而且在浏览器窗口大小变化时，用THREEx.WindowResize 来控制渲染和相机的变化。

为了能够在某种程度上控制相机的 —— three.js 给我们提供了现成的控件。其中之一是 OrbitControls，它能在场景中绕其轴线旋转。一个小插件stats.min.js将有助于我们看到场景的统计（FPS）。

// 准备控制器 (OrbitControls)
this.controls = new THREE.OrbitControls(this.camera, this.renderer.domElement);
this.controls.target = new THREE.Vector3(0, 0, 0);

// 准备计时器
this.clock = new THREE.Clock();

// 准备统计
this.stats = new Stats();
this.stats.domElement.style.position = "absolute";
this.stats.domElement.style.bottom = "0px";
this.stats.domElement.style.zIndex = 10;
this.container.appendChild( this.stats.domElement );

因此，我们准备好了四个元素。

光是一个场景中的重要元素，在我们的第一个教程，我们将创建最简单的定向光线，因为我们要添加基本的阴影：

// 添加定向光线
var dLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
dLight.position.set(1, 1000, 1);
dLight.castShadow = true;
dLight.shadowCameraVisible = true;
dLight.shadowDarkness = 0.2;
dLight.shadowMapWidth = dLight.shadowMapHeight = 1000;
this.scene.add(dLight);

// 添加粒子光线
particleLight = new THREE.Mesh( new THREE.SphereGeometry(10, 10, 10), new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x44ff44 }));
particleLight.position = dLight.position;
this.scene.add(particleLight);

// 添加简单的场地
var groundGeometry = new THREE.PlaneGeometry(1000, 1000, 1, 1);
ground = new THREE.Mesh(groundGeometry, new THREE.MeshLambertMaterial({
    color: this.getRandColor()
}));
ground.position.y = 0;
ground.rotation.x = - Math.PI / 2;
ground.receiveShadow = true;
this.scene.add(ground);

当我们创建灯光时，用了两个参数 castShadow 和 shadowCameraVisible。这将使我们能够直观地看到光在哪里，理解构造的过程（和边界）的阴影。
你也可能会注意到，在添加光后，我们增加了一个球形物体——为你准备的，以便直观地知道我们的定向光源在什么位置。我们用一个平面作为地面去接收阴影——我们设置的receiveShadow参数为true。

我们将在场景中添加额外的对象。我用一个方法来生成不同颜色的部件。这个方法将从颜色列表中随机返回一个预定义的颜色。

var colors = [
    0xFF62B0,
    0x9A03FE,
    0x62D0FF,
    0x48FB0D,
    0xDFA800,
    0xC27E3A,
    0x990099,
    0x9669FE,
    0x23819C,
    0x01F33E,
    0xB6BA18,
    0xFF800D,
    0xB96F6F,
    0x4A9586
];

getRandColor: function() {
    return colors[Math.floor(Math.random() * colors.length)];
}

几何对象是用必要的数据（点、顶点、面等）来描述三维模型。我们将创建平面的圆、立方体和圆柱体。Extrude Geometry是用来制作从路径凸出的形状。我们要做个凸出的三角形：

// 添加圆形
var circle = new THREE.Mesh(new THREE.CircleGeometry(70, 50), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
circle.rotation.x = - Math.PI / 2;
circle.rotation.y = - Math.PI / 3;
circle.rotation.z = Math.PI / 3;
circle.position.x = -300;
circle.position.y = 150;
circle.position.z = -300;
circle.castShadow = circle.receiveShadow = true;
this.scene.add(circle);

// 添加方块
var cube = new THREE.Mesh(new THREE.CubeGeometry(100, 100, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
cube.rotation.x = cube.rotation.z = Math.PI * 0.1;
cube.position.x = -300;
cube.position.y = 150;
cube.position.z = -100;
cube.castShadow = cube.receiveShadow = true;
this.scene.add(cube);

// 添加圆柱
var cube = new THREE.Mesh(new THREE.CylinderGeometry(60, 80, 90, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
cube.rotation.x = cube.rotation.z = Math.PI * 0.1;
cube.position.x = -300;
cube.position.y = 150;
cube.position.z = 100;
cube.castShadow = cube.receiveShadow = true;
this.scene.add(cube);

// 添加不规则的物体
var extrudeSettings = {
    amount: 10,
    steps: 10,
    bevelSegments: 10,
    bevelSize: 10,
    bevelThickness: 10
};
var triangleShape = new THREE.Shape();
triangleShape.moveTo(  0, -50 );
triangleShape.lineTo(  -50, 50 );
triangleShape.lineTo( 50, 50 );
triangleShape.lineTo(  0, -50 );

var extrude = new THREE.Mesh(new THREE.ExtrudeGeometry(triangleShape, extrudeSettings), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
extrude.rotation.y = Math.PI / 2;
extrude.position.x = -300;
extrude.position.y = 150;
extrude.position.z = 300;
extrude.castShadow = extrude.receiveShadow = true;
this.scene.add(extrude);

几何体建好后，我们可以创建一个在这个几何的基础上的网格。

接下来我们将创建四个元素：二十面体、八面体、环，和用shapegeometry对象自定义的路径（形状）：

// 二十面体
var icosahedron = new THREE.Mesh(new THREE.IcosahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
icosahedron.position.x = -100;
icosahedron.position.y = 150;
icosahedron.position.z = -300;
icosahedron.castShadow = icosahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(icosahedron);

// 八面体
var octahedron = new THREE.Mesh(new THREE.OctahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
octahedron.position.x = -100;
octahedron.position.y = 150;
octahedron.position.z = -100;
octahedron.castShadow = octahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(octahedron);

// 环
var ring = new THREE.Mesh(new THREE.RingGeometry(30, 70, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
ring.rotation.y = -Math.PI / 2;
ring.position.x = -100;
ring.position.y = 150;
ring.position.z = 100;
ring.castShadow = ring.receiveShadow = true;
this.scene.add(ring);

// 几何结构
var shapeG = new THREE.Mesh(new THREE.ShapeGeometry(triangleShape), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
shapeG.rotation.y = -Math.PI / 2;
shapeG.position.x = -100;
shapeG.position.y = 150;
shapeG.position.z = 300;
shapeG.castShadow = shapeG.receiveShadow = true;
this.scene.add(shapeG);

最后，我们创建一个球体、四面体、圆环、圆环管：

// 球体
var sphere = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(70, 32, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
sphere.rotation.y = -Math.PI / 2;
sphere.position.x = 100;
sphere.position.y = 150;
sphere.position.z = -300;
sphere.castShadow = sphere.receiveShadow = true;
this.scene.add(sphere);

// 四面体
var tetrahedron = new THREE.Mesh(new THREE.TetrahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
tetrahedron.position.x = 100;
tetrahedron.position.y = 150;
tetrahedron.position.z = -100;
tetrahedron.castShadow = tetrahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(tetrahedron);

// 圆环
var torus = new THREE.Mesh(new THREE.TorusGeometry(70, 20, 16, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
torus.rotation.y = -Math.PI / 2;
torus.position.x = 100;
torus.position.y = 150;
torus.position.z = 100;
torus.castShadow = torus.receiveShadow = true;
this.scene.add(torus);

// 圆环管
var torusK = new THREE.Mesh(new THREE.TorusKnotGeometry(70, 20, 16, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
torusK.rotation.y = -Math.PI / 2;
torusK.position.x = 100;
torusK.position.y = 150;
torusK.position.z = 300;
torusK.castShadow = torusK.receiveShadow = true;
this.scene.add(torusK);

// 不规则的圆环结管
var points = [];
for (var i = 0; i < 10; i++) {
    var randomX = -100 + Math.round(Math.random() * 200);
    var randomY = -100 + Math.round(Math.random() * 200);
    var randomZ = -100 + Math.round(Math.random() * 200);

    points.push(new THREE.Vector3(randomX, randomY, randomZ));
}
var tube = new THREE.Mesh(new THREE.TubeGeometry(new THREE.SplineCurve3(points), 64, 20), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
tube.rotation.y = -Math.PI / 2;
tube.position.x = 0;
tube.position.y = 500;
tube.position.z = 0;
tube.castShadow = tube.receiveShadow = true;
this.scene.add(tube);

注意构造管过程，TubeGeometry 允许我们通过一组点建立一个圆柱形物体。

为了顺利地将光，我们只需要在update方法里添加以下代码：

var timer = Date.now() * 0.000025;
particleLight.position.x = Math.sin(timer * 5) * 300;
particleLight.position.z = Math.cos(timer * 5) * 300;

未完待续~

原文 WebGL With Three.js – Lesson 1
由 SegmentFault 编译