初始WebGL和ThreeJS

什么是WebGL

简而言之,WebGL是一种3D绘图标准,这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起,通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定,WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染,这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了,还能创建复杂的导航和数据视觉化。显然,WebGL技术标准免去了开发网页专用渲染插件的麻烦,可被用于创建具有复杂3D结构的网站页面,甚至可以用来设计3D网页游戏等等。
而ThreeJS是一个Javascript类库,用于方便再浏览器中使用js完成WebGL中3d场景的绘制,模型的渲染。

初始WebGL和ThreeJS

如何使用

  1. 官网上下载ThreeJs类库,地址:http://threejs.org
  2. 新建文件夹,建立threejs1目录,作为我们的测试1工作目录。建立js目录,将three.min.js拷贝到该目录。
  3. 在threejs1工作目录,新建index.html,键入如下代码:
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    <html>
    <head>
    <title>My first Three.js app</title>
    <style>
    body { margin: 0; }
    canvas { width: 100%; height: 100% }
    </style>
    </head>
    <body>
    <script src=”js/three.min.js”></script>
    <script>
    // Our Javascript will go here.
    </script>
    </body>
    </html>

我们接着在上面空出的script标签中完成threejs的初始化等工作。

创建场景

上面的步骤我们已经把代码结构搭建好了,接下来就是逻辑实现部分了。有一些基础知识必须先介绍,要使用threejs来完成webgl的工作,我们总是需要3个基本部分:场景,摄像机,渲染器。创建一个场景,然后在场景中排放物体模型,然后设置摄像机的位置和角度,最后基于摄像机的配置,使用渲染器来渲染出整个画面效果。
给出相应的js代码如下:

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var scene = new THREE.Scene();
var camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000 );
var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
document.body.appendChild( renderer.domElement );

在Threejs中场景就只有一种,用THREE.Scene来表示,要构件一个场景也很简单,只要new一个对象就可以了,代码如下:

var scene = new THREE.Scene();

场景是所有物体的容器,如果要显示一个苹果,就需要将苹果对象加入场景中。

相机

另一个组建是相机,相机决定了场景中那个角度的景色会显示出来。相机就像人的眼睛一样,人站在不同位置,抬头或者低头都能够看到不同的景色。

场景只有一种,但是相机却又很多种。和现实中一样,不同的相机确定了呈相的各个方面。比如有的相机适合人像,有的相机适合风景,专业的摄影师根据实际用途不一样,选择不同的相机。对程序员来说,只要设置不同的相机参数,就能够让相机产生不一样的效果。

在Threejs中有多种相机,这里介绍两种,它们是:正投影相机THREE.OrthographicCamera和透视投影相机THREE.PerspectiveCamera.

这里我们使用一个透视相机,透视相机的参数很多,这里先不详细讲解。后面关于相机的那一章,我们会花大力气来讲。定义一个相机的代码如下所示:

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var camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000);

渲染器

最后一步就是设置渲染器,渲染器决定了渲染的结果应该画在页面的什么元素上面,并且以怎样的方式来绘制。这里我们定义了一个WebRenderer渲染器,代码如下所示:

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var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

注意,渲染器renderer的domElement元素,表示渲染器中的画布,所有的渲染都是画在domElement上的,所以这里的appendChild表示将这个domElement挂接在body下面,这样渲染的结果就能够在页面中显示了。

一个例子

编辑完上面的代码,你会发现运行后的结果依然是空的。是的,这是因为我们还没有向场景中添加对象模型。下面我们就添加一个小立方体,看看效果吧。
全部代码如下:

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title></title>
<style>canvas { width: 100%; height: 100% }</style>
<script src=”js/three.min.js” ></script>
</head>
<body>
<script>
var scene = new THREE.Scene();
var camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000);
var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
var geometry = new THREE.CubeGeometry(1,1,1);
var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0x00ff00});
var cube = new THREE.Mesh(geometry, material); scene.add(cube);
camera.position.z = 5;
function render() {
requestAnimationFrame(render);
cube.rotation.x += 0.1;
cube.rotation.y += 0.1;
renderer.render(scene, camera);
}
render();
</script>
</body>
</html>

代码中出现了THREE.CubeGeometry,THREE.CubeGeometry是什么东东,他是一个几何体,几何体由什么组成,已经不是本课的主要内容了,后面的课程我们会详细的学到。不过这里你只需要知道CubeGeometry是一个正方体或者长方体,究竟是什么,由它的3个参数所决定,cubeGeometry的原型如下代码所示:

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

width:立方体x轴的长度

height:立方体y轴的长度

depth:立方体z轴的深度,也就是长度

想一想大家就明白,以上3个参数就能够确定一个立方体。

剩下的几个参数就要费解和复杂一些了,不过后面我们会自己来写一个立方体,到时候,你会更明白这些参数的意义,这里你可以将这些参数省略。

渲染物体模型

上面的代码中,我们创建了渲染器,也添加了物体模型,那么只剩下最后一步了,使用渲染器渲染模型。
渲染应该使用渲染器,结合相机和场景来得到结果画面。实现这个功能的函数是

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renderer.render(scene, camera);

渲染函数的原型如下:

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render( scene, camera, renderTarget, forceClear )

各个参数的意义是:

scene:前面定义的场景

camera:前面定义的相机

renderTarget:渲染的目标,默认是渲染到前面定义的render变量中

forceClear:每次绘制之前都将画布的内容给清除,即使自动清除标志autoClear为false,也会清除。

渲染循环

渲染有两种方式:实时渲染和离线渲染 。

先看看离线渲染,想想《西游降魔篇》中最后的佛主,他肯定不是真的,是电脑渲染出来的,其画面质量是很高的,它是事先渲染好一帧一帧的图片,然后再把图片拼接成电影的。这就是离线渲染。如果不事先处理好一帧一帧的图片,那么电影播放得会很卡。CPU和GPU根本没有能力在播放的时候渲染出这种高质量的图片。

实时渲染:就是需要不停的对画面进行渲染,即使画面中什么也没有改变,也需要重新渲染。下面就是一个渲染循环:

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

其中一个重要的函数是requestAnimationFrame,这个函数就是让浏览器去执行一次参数中的函数,这样通过上面render中调用requestAnimationFrame()函数,requestAnimationFrame()函数又让rander()再执行一次,就形成了我们通常所说的游戏循环了。

场景,相机,渲染器之间的关系

Three.js中的场景是一个物体的容器,开发者可以将需要的角色放入场景中,例如苹果,葡萄。同时,角色自身也管理着其在场景中的位置。

相机的作用就是面对场景,在场景中取一个合适的景,把它拍下来。

渲染器的作用就是将相机拍摄下来的图片,放到浏览器中去显示。他们三者的关系如下图所示:
初始WebGL和ThreeJS

优化你的代码

上面的代码是将所有代码在一段脚本中完成,当逻辑复杂一点后,就比较难读懂。所以,我们将其按照功能分解成函数,代码如下:

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset=”UTF-8″>
<title>Three框架</title>
<script src=”js/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(45, width / height, 1, 10000);
camera.position.x = 0;
camera.position.y = 1000;
camera.position.z = 0;
camera.up.x = 0;
camera.up.y = 0;
camera.up.z = 1;
camera.lookAt({
x : 0,
y : 0,
z : 0
});
}
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.Geometry();
var material = new THREE.LineBasicMaterial( { vertexColors: THREE.VertexColors} );
var color1 = new THREE.Color( 0x444444 ), color2 = new THREE.Color( 0xFF0000 );
// 线的材质可以由2点的颜色决定
var p1 = new THREE.Vector3( -100, 0, 100 );
var p2 = new THREE.Vector3( 100, 0, -100 );
geometry.vertices.push(p1);
geometry.vertices.push(p2);
geometry.colors.push( color1, color2 );
var line = new THREE.Line( geometry, material, THREE.LinePieces );
scene.add(line);
}
function render()
{
renderer.clear();
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>

大概了解一下就可以了,它只是将框架一的代码,放到了不同的函数中,最终通过threeStart()函数调用而已。这段比较规范的代码在以后的例子中可能会用到。

谢谢!

转载请注明出处:http://www.fed123.com/2015/08/27/2015_threejs1/
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