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使用 Three.js 实现'雪糕'地球,让地球也凉爽一夏
2022-07-01 21:47:00 【前端技术站】
前言
最近的天气有几分酷热,去实验室的道路也有几分漫长,走着走着,小包感觉灵魂已经被热出窍了。回到实验室,把空调打开,雪糕吃上,静坐了几分钟,才重新感觉到灵魂的滋味,葛优躺在实验室的小床上,思维开始天马行空,世上有一万种方式能让小包凉快,但地球母亲呐,她却日渐炎热,谁能来给她降降温?
躺着躺着,进入了梦乡,小包梦到未来有一天,人类超级发达,可以穿梭时空,但发展的代价也是巨大的,地球母亲不堪重负,热度超标,我们却束手无策,科学家最后想出一个古老的办法,将地球的一周用冰包裹起来,进行物理降温。这很让人惊悚,小包醒来后,枯坐了一会,决定做一个雪糕地球,不只是一种整活调侃,也是一种反思与警示,保护地球,人人有责。
在线体验(支持PC与移动端): 雪糕地球线上预览
源码仓库: 雪糕地球
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ThreeJS 基础——实现转动的球体
Three.js
是一款运行在浏览器中的 3D
引擎,你可以用它创建各种三维场景,包括了摄影机、光影、材质等各种对象,大家或多或少应该都见识过 Three
的传说。这是小包第一次使用 Three
,因此小包会围绕雪糕地球实现的各种细节讲起。
下面首先来看一下 Three
框架的基本组成要素(图源: Three.js 教程)
Three
中最重要的三个对象即场景、相机和渲染器。场景即放置模型、光照的场地;相机设置以何种方式何种角度来观看场景,渲染器将效果渲染到网页中。这三个概念都不难理解,下面我们用代码实现这三个对象。
// 场景const scene = new THREE.Scene();// 透视相机const camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);// 渲染器const renderer = new THREE.WebGLRenderer();// 设置渲染区域尺寸renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);// body元素中插入canvas对象document.body.appendChild(renderer.domElement);// 设置背景颜色renderer.setClearColor("hotpink");// 执行渲染操作 指定场景、相机作为参数renderer.render(scene, camera);
Three
中有多种相机,本文章主要使用透视相机(PerspectiveCamera
),其原理与人眼所看的景象类似,共有四个参数:
PerspectiveCamera( fov : Number, aspect : Number, near : Number, far : Number )
fov
: 表示能看到的角度范围,值为角度,类似于人的视角。aspect
: 表示渲染窗口的长宽比,如果网页中只有一个canvas
,其值通常设置为网页视口的宽高比near/far
:near/far
分别代表摄像机的近剪切面和远剪切面
文字有些难以理解,可以参考一下下图:
打开浏览器,看一下会渲染出什么?目前只能看到全粉色的网页,这是因为目前的场景中并没有添加 3D
模型对象。
接下来我们来添加一个球体模型,作为地球的基底。
const cRadius = 100;const geometry = new THREE.SphereBufferGeometry(
cRadius,
cRadius * 6.4,
cRadius * 6.4);
SphereBufferGeometry
是 Three
中实现球体的 API
,参数非常多,这里只介绍前三个参数
radius
: 球体半径widthSegments
: 沿经线方向分段数heightSegments
: 沿纬线方向分段数
为球体添加材质 Material
,目前我们只添加一个颜色属性。
// 材质对象Materialconst material = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0x0000ff,
});
渲染网格体 Mesh
,并将其添加到场景 Scene
中。
// 网格体 Mesh,两个参数分别为几何体和材质const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(sphere);
重新打开网站,并没有看到球体,还是一片粉茫茫的寂寥,天理何在?
Three
相机的初始位置默认为 (0,0,0)
,相机焦点默认为 Z
轴负半轴方向,球体的半径是 100
,也就是说目前相机位于球体内部,因此我们需要调整相机位置。
// 设置相机的位置camera.position.set(0, 0, 220);// 设置相机焦点的方向camera.lookAt(scene.position);
当当当当,网页中就可以成功看到一个黑色球体了,额有点奇怪,我们明明设置的是 0x0000ff
颜色,怎么会显示一个黑色模型?
小包苦思冥想: 万物本没有颜色,颜色是光的反射。在整个场景中,目前是没有光源的,因此下面分别添加平行光(DirectionalLight
)和点光源(PointLight
)
平行光是沿着特定方向发射的光,其表现类似无限远的阳光,文章使用它来模拟太阳光。点光源是从一个点向各个方向发射的光源,使用它来增加整体的亮度。
// 声明平行光const light = new THREE.DirectionalLight();// 设置平行光源位置light.position.set(0, 0, 1);// 将平行光源添加到场景中scene.add(light);// 声明点光源const point = new THREE.PointLight(0xeeeeee);// 设置点光源位置point.position.set(400, 200, 300);// 点光源添加到场景中scene.add(point);
立体效果看起来不明显,没事,接下来我们让球体动起来。接下来,给球体添加一个 z
轴和 y
轴的转动。
const createAnimRotation = () => { const speed = 0.005;
sphere.rotation.z += speed / 2;
sphere.rotation.y += speed;
};const render = () => {
createAnimRotation();
renderer.render(scene, camera);
requestAnimationFrame(render);
};
render();
由于球体是对称的,转动看起来并不明显,如果你特别想看到转动效果,可以将 SphereBufferGeometry
暂时更换为 BoxBufferGeometry
。
ThreeJS 纹理——实现转动的地球
上文已经成功实现地球,接下来我们来为地球披上衣服。本文实现的是雪糕地球,因此小包直接为其披上雪糕外衣。
Three
可以将一张纹理图映射到几何体上,具体的映射原理我们不做探究,映射的思想可以参考下图。
选取一张雪糕地球的纹理图,使用下面的代码实现纹理贴图效果。
// 纹理加载器对象const textureLoader = new THREE.TextureLoader();const textureSurface = textureLoader.load( "https://s3-us-west-2.amazonaws.com/s.cdpn.io/249663/world-surface.jpg");// 设置纹理贴图const material = new THREE.MeshLambertMaterial({ map: textureSurface });
只使用普通贴图的雪糕地球看起来已经非常不错了,但还有进一步美化的空间,Three
提供了高光贴图,使用高光贴图,会有高亮部分显示。
const textureSpecular = textureLoader.load( "https://s3-us-west-2.amazonaws.com/s.cdpn.io/249663/world-specular.jpg");const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ map: textureSurface, specularMap: textureSpecular, shininess: 80, // 高光部分的亮度});
虽然动图录制的帧数太低,还是依稀可以看到一些高亮区域。
Three
还提供了环境贴图,环境贴图可以增加表面的细节,使三维模型更加立体。
const textureElevation = textureLoader.load( "https://s3-us-west-2.amazonaws.com/s.cdpn.io/249663/world-elevation.jpg");const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ map: textureSurface, normalMap: textureElevation, specularMap: textureSpecular, shininess: 80,
});
立体效果是有了,但是具体看起来一言难尽,颜色有些许暗淡,不符合雪糕的风格。
小包继续开始查看文档,环境贴图中有 normalScale
属性,可以设置颜色的深浅程度,减少对应属性值为 0.5,0.5
。
sphere.material.normalScale.set(0.5, 0.5);
交互式雪糕地球
给地球加一些交互效果:
当鼠标靠近,地球放大;鼠标远离时,地球缩小
地球随鼠标方向转动
上述动效我们可以通过移动相机位置实现。首先设定地球旋转的最大正负角度为 270
。
// 定义动效对象let mouseX = 0;let mouseY = 0;const moveAnimate = { coordinates(clientX, clientY) { const limit = 270; const limitNeg = limit * -1;
mouseX = clientX - window.innerWidth / 2;
mouseY = clientY - window.innerHeight / 2;
mouseX = mouseX >= limit ? limit : mouseX;
mouseX = mouseX <= limitNeg ? limitNeg : mouseX;
mouseY = mouseY >= limit ? limit : mouseY;
mouseY = mouseY <= limitNeg ? limitNeg : mouseY;
}, onMouseMove(e) {
moveAnimate.coordinates(e.clientX, e.clientY);
},
};document.addEventListener("mousemove", moveAnimate.onMouseMove);
通过上述事件计算出 mouseX
与 mouseY
的值,在 render
函数中,修改 camera
的位置。
camera.position.x += (mouseX * -1 - camera.position.x) * 0.05;
camera.position.y += (mouseY - camera.position.y) * 0.05;
camera.lookAt(scene.position);
移动端同步监听 touchmove
事件,手机也可以看到雪糕地球的动态效果。
const moveAnimate = { onTouchMove(e) { const touchX = e.changedTouches[0].clientX; const touchY = e.changedTouches[0].clientY;
moveAnimate.coordinates(touchX, touchY);
},
};document.addEventListener("touchmove", moveAnimate.onTouchMove);
添加 loading 效果
纹理的加载需要一定的时间,因此添加一个转场 loading
效果。
loading
效果使用小包前面的实现跃动的文字中的效果。
.loader { display: flex; color: white; display: flex; justify-content: center; align-items: center; font-size: 5em; width: 100%; height: 100%; font-family: "Baloo Bhaijaan", cursive;
}.loader span { text-shadow: 0 1px #bbb, 0 2px #bbb, 0 3px #bbb, 0 4px #bbb, 0 5px #bbb, 0 6px
transparent, 0 7px transparent, 0 8px transparent, 0 9px transparent, 0
10px 10px rgba(0, 0, 0, 0.4); text-shadow: 0 1px #bbb, 0 2px #bbb, 0 3px #bbb, 0 4px #bbb, 0 5px #bbb, 0 6px
#bbb, 0 7px #bbb, 0 8px #bbb, 0 9px #bbb, 0 50px 25px rgba(0, 0, 0, 0.2); transform: translateY(-20px);
}
Three
提供了 LoadingManager
,其功能是处理并跟踪已加载和待处理的数据。当所有加载器加载完成后,会调用 LoadingManager
上的 onLoad
事件。
因此我们定义一个 LoadingManager
,当触发 onLoad
事件后,将页面中的加载标志移除。
const loadingScreen = { scene: new THREE.Scene(), camera: new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000
), // 移除加载标志的函数
removeText() { const loadingText = document.querySelector("#canvas-loader"); if (loadingText.parentNode) {
loadingText.parentNode.removeChild(loadingText);
}
},
};// 初始化加载器let loadingManager = new THREE.LoadingManager();// 监听加载器 onLoad 事件loadingManager.onLoad = () => {
loadingScreen.removeText();
isLoaded = true;
};// 纹理图加载器传入 loadingManagerconst textureLoader = new THREE.TextureLoader(loadingManager);
参考链接
Three中文文档
后语
我是 战场小包 ,一个快速成长中的小前端,希望可以和大家一起进步。
如果喜欢小包,可以在 掘金 关注我,同样也可以关注我的小小公众号——小包学前端。
一路加油,冲向未来!!!
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