臥槽！搶不到就自己寫，用代碼實現(xiàn)一個冰墩墩，太秀了～！

作者：dragonir
來源：segmentfault.com/a/1190000041363089

背景

迎冬奧，一起向未來！

2022冬奧會開始了，本文使用 Three.js + React 技術(shù)棧，實現(xiàn)冬日和奧運元素，制作了一個充滿趣味和紀(jì)念意義的冬奧主題 3D 頁面。

本文涉及到的知識點主要包括：TorusGeometry 圓環(huán)面、MeshLambertMaterial 非光澤表面材質(zhì)、MeshDepthMaterial 深度網(wǎng)格材質(zhì)、custromMaterial 自定義材質(zhì)、Points 粒子、PointsMaterial 點材質(zhì)等。

效果

實現(xiàn)效果如以下 ?? 動圖所示，頁面主要由 2022 冬奧會吉祥物 冰墩墩 、奧運五環(huán)、舞動的旗幟 ??、樹木 ?? 以及下雪效果 ?? 等組成。按住鼠標(biāo)左鍵移動可以改為相機(jī)位置，獲得不同視圖。

?? 在線預(yù)覽：https://dragonir.github.io/3d/#/olympic

（部署在 GitHub，加載速度可能會有點慢 ??）

實現(xiàn)

引入資源

首先引入開發(fā)頁面所需要的庫和外部資源，OrbitControls 用于鏡頭軌道控制、TWEEN 用于補間動畫實現(xiàn)、GLTFLoader 用于加載 glb 或 gltf 格式的 3D 模型、以及一些其他模型、貼圖等資源。

import?React?from?'react';
import?{?OrbitControls?}?from?"three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import?{?TWEEN?}?from?"three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";
import?{?GLTFLoader?}?from?"three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader";
import?bingdundunModel?from?'./models/bingdundun.glb';
//?...

頁面DOM結(jié)構(gòu)

頁面 DOM 結(jié)構(gòu)非常簡單，只有渲染 3D 元素的 #container 容器和顯示加載進(jìn)度的 .olympic_loading元素。

??<div?id="container">div>
??{this.state.loadingProcess?===?100???''?:?(
????<div?className="olympic_loading">
??????<div?className="box">{this.state.loadingProcess}?%div>
????div>
??)}
</div>

場景初始化

初始化渲染容器、場景、相機(jī)。關(guān)于這部分內(nèi)容的詳細(xì)知識點，可以查閱我往期的文章，本文中不再贅述。

container?=?document.getElementById('container');
renderer?=?new?THREE.WebGLRenderer({?antialias:?true?});
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth,?window.innerHeight);
renderer.shadowMap.enabled?=?true;
container.appendChild(renderer.domElement);
scene?=?new?THREE.Scene();
scene.background?=?new?THREE.TextureLoader().load(skyTexture);
camera?=?new?THREE.PerspectiveCamera(60,?window.innerWidth?/?window.innerHeight,?0.1,?1000);
camera.position.set(0,?30,?100);
camera.lookAt(new?THREE.Vector3(0,?0,?0));

添加光源

本示例中主要添加了兩種光源：DirectionalLight 用于產(chǎn)生陰影，調(diào)節(jié)頁面亮度、AmbientLight 用于渲染環(huán)境氛圍。

//?直射光
const?light?=?new?THREE.DirectionalLight(0xffffff,?1);
light.intensity?=?1;
light.position.set(16,?16,?8);
light.castShadow?=?true;
light.shadow.mapSize.width?=?512?*?12;
light.shadow.mapSize.height?=?512?*?12;
light.shadow.camera.top?=?40;
light.shadow.camera.bottom?=?-40;
light.shadow.camera.left?=?-40;
light.shadow.camera.right?=?40;
scene.add(light);
//?環(huán)境光
const?ambientLight?=?new?THREE.AmbientLight(0xcfffff);
ambientLight.intensity?=?1;
scene.add(ambientLight);

加載進(jìn)度管理

使用 THREE.LoadingManager 管理頁面模型加載進(jìn)度，在它的回調(diào)函數(shù)中執(zhí)行一些與加載進(jìn)度相關(guān)的方法。本例中的頁面加載進(jìn)度就是在 onProgress 中完成的，當(dāng)頁面加載進(jìn)度為 100% 時，執(zhí)行 TWEEN 鏡頭補間動畫。

const?manager?=?new?THREE.LoadingManager();
manager.onStart?=?(url,?loaded,?total)?=>?{};
manager.onLoad?=?()?=>?{?console.log('Loading?complete!')};
manager.onProgress?=?(url,?loaded,?total)?=>?{
??if?(Math.floor(loaded?/?total?*?100)?===?100)?{
????this.setState({?loadingProcess:?Math.floor(loaded?/?total?*?100)?});
????//?鏡頭補間動畫
????Animations.animateCamera(camera,?controls,?{?x:?0,?y:?-1,?z:?20?},?{?x:?0,?y:?0,?z:?0?},?3600,?()?=>?{});
??}?else?{
????this.setState({?loadingProcess:?Math.floor(loaded?/?total?*?100)?});
??}
};

創(chuàng)建地面

本示例中凹凸起伏的地面是使用 Blender 構(gòu)建模型，然后導(dǎo)出 glb 格式加載創(chuàng)建的。當(dāng)然也可以只使用 Three.js 自帶平面網(wǎng)格加凹凸貼圖也可以實現(xiàn)類似的效果。使用 Blender 自建模型的優(yōu)點在于可以自由可視化地調(diào)整地面的起伏效果。

var?loader?=?new?THREE.GLTFLoader(manager);
loader.load(landModel,?function?(mesh)?{
??mesh.scene.traverse(function?(child)?{
????if?(child.isMesh)?{
??????child.material.metalness?=?.1;
??????child.material.roughness?=?.8;
??????//?地面
??????if?(child.name?===?'Mesh_2')?{
????????child.material.metalness?=?.5;
????????child.receiveShadow?=?true;
??????}
??});
??mesh.scene.rotation.y?=?Math.PI?/?4;
??mesh.scene.position.set(15,?-20,?0);
??mesh.scene.scale.set(.9,?.9,?.9);
??land?=?mesh.scene;
??scene.add(land);
});

創(chuàng)建冬奧吉祥物冰墩墩

現(xiàn)在添加可愛的冬奧會吉祥物熊貓冰墩墩 ??，冰墩墩同樣是使用 glb 格式模型加載的。它的原始模型來源于這里，從這個網(wǎng)站免費現(xiàn)在模型后，原模型是使用 3D max 建的我發(fā)現(xiàn)并不能直接用在網(wǎng)頁中，需要在 Blender 中轉(zhuǎn)換模型格式，還需要調(diào)整調(diào)整模型的貼圖法線，才能還原渲染圖效果。

大家想成為架構(gòu)師，這份架構(gòu)師圖譜建議看看，少走彎路。

原模型：

冰墩墩貼圖:

轉(zhuǎn)換成Blender支持的模型，并在Blender中調(diào)整模型貼圖法線、并添加貼圖:

導(dǎo)出glb格式:

仔細(xì)觀察冰墩墩 ??可以發(fā)現(xiàn)，它的外面有一層透明塑料或玻璃質(zhì)感外殼，這個效果可以通過修改模型的透明度、金屬度、粗糙度等材質(zhì)參數(shù)實現(xiàn)，最后就可以渲染出如 ?? banner圖 所示的那種效果，具體如以下代碼所示。

loader.load(bingdundunModel,?mesh?=>?{
??mesh.scene.traverse(child?=>?{
????if?(child.isMesh)?{
??????//?內(nèi)部
??????if?(child.name?===?'oldtiger001')?{
????????child.material.metalness?=?.5
????????child.material.roughness?=?.8
??????}
??????//?半透明外殼
??????if?(child.name?===?'oldtiger002')?{
????????child.material.transparent?=?true;
????????child.material.opacity?=?.5
????????child.material.metalness?=?.2
????????child.material.roughness?=?0
????????child.material.refractionRatio?=?1
????????child.castShadow?=?true;
??????}
????}
??});
??mesh.scene.rotation.y?=?Math.PI?/?24;
??mesh.scene.position.set(-8,?-12,?0);
??mesh.scene.scale.set(24,?24,?24);
??scene.add(mesh.scene);
});

創(chuàng)建奧運五環(huán)

奧運五環(huán)由基礎(chǔ)幾何模型圓環(huán)面 TorusGeometry 來實現(xiàn)，創(chuàng)建五個圓環(huán)面，并調(diào)整它們的材質(zhì)顏色和位置來構(gòu)成藍(lán)黑紅黃綠順序的五環(huán)結(jié)構(gòu)。五環(huán)材質(zhì)使用的是 MeshLambertMaterial。

const?fiveCycles?=?[
??{?key:?'cycle_0',?color:?0x0885c2,?position:?{?x:?-250,?y:?0,?z:?0?}},
??{?key:?'cycle_1',?color:?0x000000,?position:?{?x:?-10,?y:?0,?z:?5?}},
??{?key:?'cycle_2',?color:?0xed334e,?position:?{?x:?230,?y:?0,?z:?0?}},
??{?key:?'cycle_3',?color:?0xfbb132,?position:?{?x:?-125,?y:?-100,?z:?-5?}},
??{?key:?'cycle_4',?color:?0x1c8b3c,?position:?{?x:?115,?y:?-100,?z:?10?}}
];
fiveCycles.map(item?=>?{
??let?cycleMesh?=?new?THREE.Mesh(new?THREE.TorusGeometry(100,?10,?10,?50),?new?THREE.MeshLambertMaterial({
????color:?new?THREE.Color(item.color),
????side:?THREE.DoubleSide
??}));
??cycleMesh.castShadow?=?true;
??cycleMesh.position.set(item.position.x,?item.position.y,?item.position.z);
??meshes.push(cycleMesh);
??fiveCyclesGroup.add(cycleMesh);
});
fiveCyclesGroup.scale.set(.036,?.036,?.036);
fiveCyclesGroup.position.set(0,?10,?-8);
scene.add(fiveCyclesGroup);

?? TorusGeometry 圓環(huán)面

TorusGeometry 一個用于生成圓環(huán)幾何體的類。

構(gòu)造函數(shù)：

TorusGeometry(radius:?Float,?tube:?Float,?radialSegments:?Integer,?tubularSegments:?Integer,?arc:?Float)

• radius：圓環(huán)的半徑，從圓環(huán)的中心到管道（橫截面）的中心。默認(rèn)值是 1。
• tube：管道的半徑，默認(rèn)值為 0.4。
• radialSegments：圓環(huán)的分段數(shù)，默認(rèn)值為 8。
• tubularSegments：管道的分段數(shù)，默認(rèn)值為 6。
• arc：圓環(huán)的圓心角（單位是弧度），默認(rèn)值為 Math.PI * 2。

?? MeshLambertMaterial 非光澤表面材質(zhì)

一種非光澤表面的材質(zhì)，沒有鏡面高光。該材質(zhì)使用基于非物理的 Lambertian 模型來計算反射率。這可以很好地模擬一些表面（例如未經(jīng)處理的木材或石材），但不能模擬具有鏡面高光的光澤表面（例如涂漆木材）。

最新面試題整理好了，大家可以在Java面試庫小程序在線刷題。

構(gòu)造函數(shù)：

MeshLambertMaterial(parameters?:?Object)

• parameters：（可選）用于定義材質(zhì)外觀的對象，具有一個或多個屬性。材質(zhì)的任何屬性都可以從此處傳入。

創(chuàng)建旗幟

旗面模型是從sketchfab下載的，還需要一個旗桿，可以在 Blender中添加了一個柱狀立方體，并調(diào)整好合適的長寬高和旗面結(jié)合起來。

旗面貼圖：

旗面添加了動畫，需要在代碼中執(zhí)行動畫幀播放。

loader.load(flagModel,?mesh?=>?{
??mesh.scene.traverse(child?=>?{
????if?(child.isMesh)?{
??????child.castShadow?=?true;
??????//?旗幟
??????if?(child.name?===?'mesh_0001')?{
????????child.material.metalness?=?.1;
????????child.material.roughness?=?.1;
????????child.material.map?=?new?THREE.TextureLoader().load(flagTexture);
??????}
??????//?旗桿
??????if?(child.name?===?'柱體')?{
????????child.material.metalness?=?.6;
????????child.material.roughness?=?0;
????????child.material.refractionRatio?=?1;
????????child.material.color?=?new?THREE.Color(0xeeeeee);
??????}
????}
??});
??mesh.scene.rotation.y?=?Math.PI?/?24;
??mesh.scene.position.set(2,?-7,?-1);
??mesh.scene.scale.set(4,?4,?4);
??//?動畫
??let?meshAnimation?=?mesh.animations[0];
??mixer?=?new?THREE.AnimationMixer(mesh.scene);
??let?animationClip?=?meshAnimation;
??let?clipAction?=?mixer.clipAction(animationClip).play();
??animationClip?=?clipAction.getClip();
??scene.add(mesh.scene);
});

創(chuàng)建樹木

為了充實畫面，營造冬日氛圍，于是就添加了幾棵松樹 ?? 作為裝飾。添加松樹的時候用到一個技巧非常重要：我們知道因為樹的模型非常復(fù)雜，有非常多的面數(shù)，面數(shù)太多會降低頁面性能，造成卡頓。本文中使用兩個如下圖 ?? 所示的兩個交叉的面來作為樹的基座，這樣的話樹只有兩個面數(shù)，使用這個技巧可以和大程度上優(yōu)化頁面性能，而且樹 ?? 的樣子看起來也是有 3D 感的。

材質(zhì)貼圖：

為了使樹只在貼圖透明部分透明、其他地方不透明，并且可以產(chǎn)生樹狀陰影而不是長方體陰影，需要給樹模型添加如下 MeshPhysicalMaterial、MeshDepthMaterial 兩種材質(zhì)，兩種材質(zhì)使用同樣的紋理貼圖，其中 MeshDepthMaterial 添加到模型的 custromMaterial 屬性上。

?let?treeMaterial?=?new?THREE.MeshPhysicalMaterial({
??map:?new?THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
??transparent:?true,
??side:?THREE.DoubleSide,
??metalness:?.2,
??roughness:?.8,
??depthTest:?true,
??depthWrite:?false,
??skinning:?false,
??fog:?false,
??reflectivity:?0.1,
??refractionRatio:?0,
});
let?treeCustomDepthMaterial?=?new?THREE.MeshDepthMaterial({
??depthPacking:?THREE.RGBADepthPacking,
??map:?new?THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
??alphaTest:?0.5
});
loader.load(treeModel,?mesh?=>?{
??mesh.scene.traverse(child?=>{
????if?(child.isMesh)?{
??????child.material?=?treeMaterial;
??????child.custromMaterial?=?treeCustomDepthMaterial;
????}
??});
??mesh.scene.position.set(14,?-9,?0);
??mesh.scene.scale.set(16,?16,?16);
??scene.add(mesh.scene);
??//?克隆另兩棵樹
??let?tree2?=?mesh.scene.clone();
??tree2.position.set(10,?-8,?-15);
??tree2.scale.set(18,?18,?18);
??scene.add(tree2)
??//?...
});

實現(xiàn)效果也可以從 ?? 上面 Banner 圖中可以看到，為了畫面更好看，我取消了樹的陰影顯示。

點擊關(guān)注公眾號，Java干貨及時送達(dá)

?? 在 3D 功能開發(fā)中，一些不重要的裝飾模型都可以采取這種策略來優(yōu)化。

?? MeshDepthMaterial 深度網(wǎng)格材質(zhì)

一種按深度繪制幾何體的材質(zhì)。深度基于相機(jī)遠(yuǎn)近平面，白色最近，黑色最遠(yuǎn)。

構(gòu)造函數(shù)：

MeshDepthMaterial(parameters:?Object)

• parameters：（可選）用于定義材質(zhì)外觀的對象，具有一個或多個屬性。材質(zhì)的任何屬性都可以從此處傳入。

特殊屬性：

• .depthPacking[Constant]：depth packing 的編碼。默認(rèn)為 BasicDepthPacking。
• .displacementMap[Texture]：位移貼圖會影響網(wǎng)格頂點的位置，與僅影響材質(zhì)的光照和陰影的其他貼圖不同，移位的頂點可以投射陰影，阻擋其他對象，以及充當(dāng)真實的幾何體。
• .displacementScale[Float]：位移貼圖對網(wǎng)格的影響程度（黑色是無位移，白色是最大位移）。如果沒有設(shè)置位移貼圖，則不會應(yīng)用此值。默認(rèn)值為 1。
• .displacementBias[Float]：位移貼圖在網(wǎng)格頂點上的偏移量。如果沒有設(shè)置位移貼圖，則不會應(yīng)用此值。默認(rèn)值為 0。

?? custromMaterial 自定義材質(zhì)

給網(wǎng)格添加 custromMaterial 自定義材質(zhì)屬性，可以實現(xiàn)透明外圍 png 圖片貼圖的內(nèi)容區(qū)域陰影。

創(chuàng)建雪花

創(chuàng)建雪花 ??，就要用到粒子知識。THREE.Points 是用來創(chuàng)建點的類，也用來批量管理粒子。本例中創(chuàng)建了 1500 個雪花粒子，并為它們設(shè)置了限定三維空間的隨機(jī)坐標(biāo)及橫向和豎向的隨機(jī)移動速度。

//?雪花貼圖
let?texture?=?new?THREE.TextureLoader().load(snowTexture);
let?geometry?=?new?THREE.Geometry();
let?range?=?100;
let?pointsMaterial?=?new?THREE.PointsMaterial({
??size:?1,
??transparent:?true,
??opacity:?0.8,
??map:?texture,
??//?背景融合
??blending:?THREE.AdditiveBlending,
??//?景深衰弱
??sizeAttenuation:?true,
??depthTest:?false
});
for?(let?i?=?0;?i?1500;?i++)?{
??let?vertice?=?new?THREE.Vector3(Math.random()?*?range?-?range?/?2,?Math.random()?*?range?*?1.5,?Math.random()?*?range?-?range?/?2);
??//?縱向移速
??vertice.velocityY?=?0.1?+?Math.random()?/?3;
??//?橫向移速
??vertice.velocityX?=?(Math.random()?-?0.5)?/?3;
??//?加入到幾何
??geometry.vertices.push(vertice);
}
geometry.center();
points?=?new?THREE.Points(geometry,?pointsMaterial);
points.position.y?=?-30;
scene.add(points);

?? Points 粒子

Three.js 中，雨 ???、雪 ??、云 ??、星辰 ? 等生活中常見的粒子都可以使用 Points 來模擬實現(xiàn)。

構(gòu)造函數(shù)：

new?THREE.Points(geometry,?material);

• 構(gòu)造函數(shù)可以接受兩個參數(shù)，一個幾何體和一個材質(zhì)，幾何體參數(shù)用來制定粒子的位置坐標(biāo)，材質(zhì)參數(shù)用來格式化粒子；
• 可以基于簡單幾何體對象如 BoxGeometry、SphereGeometry等作為粒子系統(tǒng)的參數(shù)；
• 一般來講，需要自己指定頂點來確定粒子的位置。

?? PointsMaterial 點材質(zhì)

通過 THREE.PointsMaterial 可以設(shè)置粒子的屬性參數(shù)，是 Points 使用的默認(rèn)材質(zhì)。

構(gòu)造函數(shù)：

PointsMaterial(parameters?:?Object)

• parameters：（可選）用于定義材質(zhì)外觀的對象，具有一個或多個屬性。材質(zhì)的任何屬性都可以從此處傳入。

?? 材質(zhì)屬性 .blending

材質(zhì)的.blending 屬性主要控制紋理融合的疊加方式，.blending 屬性的值包括：

• THREE.NormalBlending：默認(rèn)值
• THREE.AdditiveBlending：加法融合模式
• THREE.SubtractiveBlending：減法融合模式
• THREE.MultiplyBlending：乘法融合模式
• THREE.CustomBlending：自定義融合模式，與 .blendSrc, .blendDst 或 .blendEquation 屬性組合使用

?? 材質(zhì)屬性 .sizeAttenuation

粒子的大小是否會被相機(jī)深度衰減，默認(rèn)為 true（僅限透視相機(jī)）。

?? Three.js 向量

幾維向量就有幾個分量，二維向量 Vector2 有 x 和 y 兩個分量，三維向量 Vector3 有x、y、z 三個分量，四維向量 Vector4 有 x、y、z、w 四個分量。

最新面試題整理好了，大家可以在Java面試庫小程序在線刷題。

相關(guān)API：

• Vector2：二維向量
• Vector3：三維向量
• Vector4：四維向量

鏡頭控制、縮放適配、動畫

controls?=?new?OrbitControls(camera,?renderer.domElement);
controls.target.set(0,?0,?0);
controls.enableDamping?=?true;
//?禁用平移
controls.enablePan?=?false;
//?禁用縮放
controls.enableZoom?=?false;
//?垂直旋轉(zhuǎn)角度限制
controls.minPolarAngle?=?1.4;
controls.maxPolarAngle?=?1.8;
//?水平旋轉(zhuǎn)角度限制
controls.minAzimuthAngle?=?-.6;
controls.maxAzimuthAngle?=?.6;
window.addEventListener('resize',?()?=>?{
??camera.aspect?=?window.innerWidth?/?window.innerHeight;
??camera.updateProjectionMatrix();
??renderer.setSize(window.innerWidth,?window.innerHeight);
},?false);
function?animate()?{
??requestAnimationFrame(animate);
??renderer.render(scene,?camera);
??controls?&&?controls.update();
??//?旗幟動畫更新
??mixer?&&?mixer.update(new?THREE.Clock().getDelta());
??//?鏡頭動畫
??TWEEN?&&?TWEEN.update();
??//?五環(huán)自轉(zhuǎn)
??fiveCyclesGroup?&&?(fiveCyclesGroup.rotation.y?+=?.01);
??//?頂點變動之后需要更新，否則無法實現(xiàn)雨滴特效
??points.geometry.verticesNeedUpdate?=?true;
??//?雪花動畫更新
??let?vertices?=?points.geometry.vertices;
??vertices.forEach(function?(v)?{
????v.y?=?v.y?-?(v.velocityY);
????v.x?=?v.x?-?(v.velocityX);
????if?(v.y?<=?0)?v.y?=?60;
????if?(v.x?<=?-20?||?v.x?>=?20)?v.velocityX?=?v.velocityX?*?-1;
??});
}

?? 完整代碼：https://github.com/dragonir/3d/tree/master/src/containers/Olympic

總結(jié)

?? 本文中主要包含的新知識點包括：

• TorusGeometry 圓環(huán)面
• MeshLambertMaterial 非光澤表面材質(zhì)
• MeshDepthMaterial 深度網(wǎng)格材質(zhì)
• custromMaterial 自定義材質(zhì)
• Points 粒子
• PointsMaterial 點材質(zhì)
• 材質(zhì)屬性 .blending、.sizeAttenuation
• Three.js 向量

進(jìn)一步優(yōu)化的空間:

• 添加更多的交互功能、界面樣式進(jìn)一步優(yōu)化；
• 吉祥物冰墩墩添加骨骼動畫，并可以通過鼠標(biāo)和鍵盤控制其移動和交互。