WebGL three.js學習筆記 加載外部模型以及Tween.js動畫

時間  2019-11-21
標籤 webgl three.js 學習 筆記 加載 外部 模型 以及 tween.js tween 動畫 欄目 JavaScript 简体版
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WebGL three.js學習筆記 加載外部模型以及Tween.js動畫

本文的程序實現了加載外部stl格式的模型，以及學習瞭如何把加載的模型變爲一個粒子系統，並使用Tween.js對該粒子系統進行動畫設置javascript

模型動畫demo演示(網頁加載速度可能會比較慢)

demo地址：https://nsytsqdtn.github.io/demo/naval_craft/naval_craftcss

demo截圖以下：
naval_crafthtml

naval_craft

原模型截圖：
原模型java

在咱們寫three.js的網頁的時候，大多時候並不須要咱們去手動創建模型，一些複雜的模型都是經過建模軟件去完成，因此在這裏去學習如何去將外部的模型加載到咱們的網頁中來。git

three.js支持導入的模型有不少，包括咱們常見的OBJ、FBX、STL、PLY、JSON等等格式，在這個程序中，我選擇了使用STL模型來進行學習。github

.stl 文件是在計算機圖形應用系統中，用於表示三角形網格的一種文件格式，經常使用於3d打印技術使用，由於STL格式的文件在網上能夠免費不用註冊的下載，比較方便。這裏推薦一個還不錯的網站，http://www.3dhoo.com/model ，裏面有不少免費直接下載STL格式的模型。web

加載外部模型

在three.js中，咱們要加載外部模型，就須要引入相應的js文件。好比我須要引入STL格式的文件，我就引入「three.js\examples\js\loaders\STLLoader.js」，其餘格式的js文件在loaders文件夾也都能找到，若是是three.js沒有支持導入的模型格式，就須要本身寫一個加載器，網上也有許多的教程。canvas

引入相應js文件之後，咱們首先要作的事建立一個加載器。數組

let loader = new THREE.STLLoader();//建立stl的加載器，用加載器來加載stl模型

咱們要使用該加載器加載模型，就須要調用loader .load(filename,onSuccess(bufferGeometry),onProgress(xhr),onError(error))這個方法
其中：
filename是模型的路徑
onSuccess(bufferGeometry)是加載成功後回調處理(參數爲生成的模型的幾何體)，app

注意：這裏的幾何體不是咱們經常使用的geometry，而是bufferGeometry，它和geometry仍是有一些的區別，可是也均可以做爲THREE.Mesh（）的第一個參數穿進去。具體能夠進行百度。

onProgress(xhr)是加載過程當中回調處理(xhr對象屬性可計算出已完成加載百分比)
onError(error)是失敗回調處理方法
通常咱們只須要使用前兩個參數就能夠完成工做。

let loader = new THREE.STLLoader();//建立stl的加載器，用加載器來加載stl模型
let loader.load("../../../asset/ship.stl", function (bufferGeometry) {//加載模型的方法，
//第一個參數是模型的路徑，第二個參數時候咱們定義的回調函數，一旦模型加載成功，回調函數就會被調用
let material = new THREE.MeshBasicMaterial();
let mesh = new THREE.Mesh(bufferGeometry,material);
scene.add(mesh);
}

通常只須要這樣寫回調函數，模型就能夠成功加載。
但我在這裏想根據該模型去建立一個粒子系統，像本文開頭的那樣，因此咱們須要改一下代碼。

let loader = new THREE.STLLoader();//建立stl的加載器，用加載器來加載stl模型
        group = new THREE.Object3D();
        loader.load("../../../asset/ship.stl", function (bufferGeometry) {//加載模型的方法，第一個參數是模型的路徑，第二個參數時候咱們定義的回調函數，一旦模型加載成功，回調函數就會被調用
            let geometry = new THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry);//stl模型加載到js裏就會變成bufferGeometry類型，咱們先用一個方法把它變成Geometry類型
            loadGeometry = geometry.clone();//建立該geometry的克隆體，後面會用到
            let material = new THREE.PointsMaterial({//點雲的材質
                color: 0xffffff,
                transparent: true,
                opacity: 1,
                size: 0.5,//可自由修改看看效果
                blending: THREE.AdditiveBlending,
                map: generateSprite()//自定義畫布圖案來充當每個粒子的材質
            });
            //建立點雲，以及設置它的位置及旋轉角度，調整到最好看的地方
            group = new THREE.Points(geometry, material);
            group.sortParticles = true;
            group.position.set(0,0,0);
            group.position.x -=70;
            group.rotation.x = Math.PI*3/2;

其中：
咱們使用THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry)函數把bufferGeometry類型改成geometry類型，由於該類型咱們更加熟悉，後面使用起來也比較方便。

generateSprite()函數是在以前的文章也介紹過的，建立一個顏色漸變的畫布，來充當粒子系統紋理，這裏就再也不贅述了。具體代碼以下：

//自定義漸變顏色的畫布，前面的文章有介紹，這個方法在寫three.js程序很經常使用
    function generateSprite() {

        var canvas = document.createElement('canvas');
        canvas.width = 16;
        canvas.height = 16;

        var context = canvas.getContext('2d');
        var gradient = context.createRadialGradient(canvas.width / 2, canvas.height / 2, 0, canvas.width / 2, canvas.height / 2, canvas.width / 2);
        gradient.addColorStop(0, 'rgba(255,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.2, 'rgba(0,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.4, 'rgba(0,0,255,1)');
        gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,1)');

        context.fillStyle = gradient;
        context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

        var texture = new THREE.Texture(canvas);
        texture.needsUpdate = true;
        return texture;
    }

Tween.js動畫

tweenjs 是使用 JavaScript 中的一個簡單的補間動畫庫，支持數字、對象的屬性和 CSS 樣式屬性的賦值。
tweenjs 以平滑的方式修改元素的屬性值，須要傳遞給 tween 要修改的值、動畫結束時的最終值和動畫花費時間，以後 tween 引擎就能夠計算從開始動畫點到結束動畫點之間值，從而產平生滑的動畫效果。

咱們首先須要引入tween.js文件，該文件的路徑是「three.js\examples\js\libs\tween.min.js」，也能夠直接百度搜索tween.js去下載。
具體的用法是：

let posSrc = {pos: 0};//建立一個posSrc的對象，該對象裏面有pos的屬性，並初始化該屬性爲0
let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//建立tween的補間動畫，使posSrc中的pos屬性的值在5000ms內從0到1變化
tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果

咱們建立了TWEEN.Tween對象，這個對象會確保x屬性值在5000毫秒內從0變化到1。經過Tweenjs,你還能夠指定屬性值是如何變化的，是線性的、指數性的，仍是其餘任何可能的方式。屬性值在指定時間內的變化被稱爲easing(緩動)，在Tween.js中你可使用easing()方法來配置緩動效果。咱們還能夠建立更多的TWEEN.Tween對象，並使用chain(TWEEN.Tween)函數連接多個補間動畫。

咱們還須要一個update的函數，在每次更新補間的時候，均可以去更新每一個粒子的位置，來實現的動畫效果。

let posSrc = {pos: 0};//建立一個posSrc的對象，該對象裏面有pos的屬性
            //並初始化該屬性爲0
            let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//建立tween的補間動畫
            //使posSrc中的pos屬性的值在5000ms內從0到1變化
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            let tweenStand = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 2000);//讓動畫在pos的值
            //變爲1後中止一段時間，方便咱們觀察，因此再建立一個tween，讓pos從1到1（即不變）
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            let tweenBack = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 0}, 5000);//建立tweenBack的
            //補間動畫，和初始相反，使posSrc中的pos屬性的值在5000ms內從1到0變化
            tweenBack.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            //每個補間動畫之間使用chain()鏈接起來
            tween.chain(tweenStand);
            tweenStand.chain(tweenBack);
            tweenBack.chain(tween);

            //在補間的過程當中，讓全部的粒子開始移動
            let onUpdate = function () {
                let pos = posSrc.pos;//定義一個pos，賦值爲posSrc對象的pos屬性
                let count = 0;
                loadGeometry.vertices.forEach(function (e) {//遍歷每一個頂點
                //這裏須要遍歷剛剛克隆的geometry
                //（暫時不是很明白這點，反正若是遍歷group.geometry.vertices
                //動畫系統會讓整個物體一塊兒移動，沒有伸展開來的效果）。
                    var newZ = e.z * pos;//獲得新的Z值，根據當前的pos值去改變
                    group.geometry.vertices[count++].set(e.x, e.y, newZ);//設置每一個頂點的位置
                    //group.geometry.vertices是數組類型，因此用count做爲索引
                    group.geometry.verticesNeedUpdate = true;//重要，否則會沒有動畫效果
                });
                group.sortParticles = true;
            };
            //tween在每次更新後會執行tween.onUpdate()函數
            //裏面的參數就是咱們自定義要讓它若是去運動的函數，即上面寫的onUpdate
            tween.onUpdate(onUpdate);
            tweenStand.onUpdate(onUpdate);
            tweenBack.onUpdate(onUpdate);

            tween.start();//開啓tween

在這段代碼中，咱們建立了三個個補間: tween、tweenStand、tweenBack。第一個補間定義了position屬性如何從1過渡到0,第三個恰好相反，第二個是讓動畫暫時停下。經過chain(方法能夠將這三個補間銜接起來，這樣當動畫啓動以後，程序就會在這三個補間循環。代碼最後定義的是onUpdate()方法，這個方法遍歷粒子系統中的全部頂點，並使用補間(this.pos)提供的位置更新頂點的位置。

補間動畫須要在模型加載完成後就啓動，因此咱們在下面的函數末尾調用tween.start()方法:

若是以前沒有把bufferGeometry轉化爲Geometry類型，要去更改每一個頂點的位置會變得比較麻煩。

最後還須要告知three.js何時刷新全部的補間動畫，因此在render()函數里加上TWEEN.update();

function render() {
        TWEEN.update();//通知TWEEN在何時去刷新補間動畫，重要，不然會沒有動畫
        //性能監控器的更新
        stats.update();
        renderer.clear();
        requestAnimationFrame(render);
        renderer.render(scene, camera);
    }

到了這裏，程序的大致就已經完成，剩下的就是建立場景，攝像機，渲染器等等東西以及調整模型的位置。這裏再也不贅述。

完整的代碼以下:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Naval Craft Sprite</title>
    <script src="../../import/three.js"></script>
    <script src="../../import/stats.js"></script>
    <script src="../../import/Setting.js"></script>
    <script src="../../import/OrbitControls.js"></script>
    <script src="../../import/tween.min.js"></script>
    <script src="../../import/STLLoader.js"></script>
    <style type="text/css">
        div#WebGL-output {
            border: none;
            cursor: pointer;
            width: 100%;
            height: 850px;
            background-color: #333333;
        }
    </style>
</head>
<body onload="threeStart()">
<div id="WebGL-output"></div>
<script>
    let camera, renderer, scene,controller;
    function initThree() {
        //渲染器初始化
        renderer = new THREE.WebGLRenderer({
            antialias: true//抗鋸齒開啓
        });
        //設置渲染的大小
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        //設置渲染的顏色
        renderer.setClearColor(0x333333);
        renderer.shadowMapEnabled = true;//開啓陰影的渲染
        renderer.shadowMapType = THREE.PCFSoftShadowMap;//設置陰影類型爲柔和
        document.getElementById("WebGL-output").appendChild(renderer.domElement);//將渲染添加到div中

        //初始化攝像機，這裏使用透視投影攝像機
        camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.01, 10000);
        camera.position.set(35, 35, 75);//相機的位置，自由調整
        camera.up.x = 0;//設置攝像機的上方向爲哪一個方向，這裏定義攝像的上方爲Y軸正方向
        camera.up.y = 1;
        camera.up.z = 0;
        //攝像機對準的地方
        camera.lookAt(0, 0, 0);

        //初始化場景
        scene = new THREE.Scene();

        //相機的移動
        controller = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
        //相機圍繞旋轉的目標，設置爲原點
        controller.target = new THREE.Vector3(0, 0, 0);

    }

    let loadGeometry;
    let group;

    function initObject() {
        let loader = new THREE.STLLoader();//建立stl的加載器，用加載器來加載stl模型
        group = new THREE.Object3D();
        loader.load("../../asset/naval_craft.stl", function (bufferGeometry) {//加載模型的方法，第一個參數是模型的路徑，第二個參數時候咱們定義的回調函數，一旦模型加載成功，回調函數就會被調用
            let geometry = new THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry);//stl模型加載到js裏就會變成bufferGeometry類型，咱們先用一個方法把它變成Geometry類型
            loadGeometry = geometry.clone();//建立該geometry的克隆體，後面會用到
            let material = new THREE.PointsMaterial({//點雲的材質
                color: 0xffffff,
                transparent: true,
                opacity: 1,
                size: 0.5,//可自由修改看看效果
                blending: THREE.AdditiveBlending,
                map: generateSprite()//自定義畫布圖案來充當每個粒子的材質
            });
            //建立點雲，以及設置它的位置及旋轉角度，調整到最好看的地方
            group = new THREE.Points(geometry, material);
            group.sortParticles = true;
            group.position.set(0,0,0);
            group.position.x -=70;
            group.rotation.x = Math.PI*3/2;

            let posSrc = {pos: 0};//建立一個posSrc的對象，該對象裏面有pos的屬性，並初始化該屬性爲0
            let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//建立tween的補間動畫，使posSrc中的pos屬性的值在5000ms內從0到1變化
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            let tweenStand = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 2000);//讓動畫在pos的值變爲1後中止一段時間，方便咱們觀察，因此再建立一個tween，讓pos從1到1（即不變）
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            let tweenBack = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 0}, 5000);//建立tweenBack的補間動畫，和初始相反，使posSrc中的pos屬性的值在5000ms內從1到0變化
            tweenBack.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置緩動效果
            //每個補間動畫之間使用chain()鏈接起來
            tween.chain(tweenStand);
            tweenStand.chain(tweenBack);
            tweenBack.chain(tween);

            //在補間的過程當中，讓全部的粒子開始移動
            let onUpdate = function () {
                let pos = posSrc.pos;//定義一個pos，賦值爲posSrc對象的pos屬性
                let count = 0;
                loadGeometry.vertices.forEach(function (e) {//遍歷每一個頂點，這裏須要遍歷剛剛克隆的geometry
                    var newZ = e.z * pos;//獲得新的Z值，根據當前的pos值去改變
                    group.geometry.vertices[count++].set(e.x, e.y, newZ);//設置每一個頂點的位置，group.geometry.vertices是數組類型，因此用count做爲索引
                    group.geometry.verticesNeedUpdate = true;//重要，否則會沒有動畫效果
                });
                group.sortParticles = true;
            };
            //tween在每次更新後會執行tween.onUpdate()函數，裏面的參數就是咱們自定義要讓它若是去運動的函數，即上面寫的onUpdate
            tween.onUpdate(onUpdate);
            tweenStand.onUpdate(onUpdate);
            tweenBack.onUpdate(onUpdate);

            tween.start();//開啓tween
            scene.add(group);
        });
    }

    //自定義漸變顏色的畫布，前面的文章有介紹，這個方法在寫three.js程序很經常使用
    function generateSprite() {

        var canvas = document.createElement('canvas');
        canvas.width = 16;
        canvas.height = 16;

        var context = canvas.getContext('2d');
        var gradient = context.createRadialGradient(canvas.width / 2, canvas.height / 2, 0, canvas.width / 2, canvas.height / 2, canvas.width / 2);
        gradient.addColorStop(0, 'rgba(255,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.2, 'rgba(0,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.4, 'rgba(0,0,255,1)');
        gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,1)');

        context.fillStyle = gradient;
        context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

        var texture = new THREE.Texture(canvas);
        texture.needsUpdate = true;
        return texture;

    }

    //渲染函數
    function render() {
        TWEEN.update();//通知TWEEN在何時去刷新補間動畫，重要，不然會沒有動畫
        //性能監控器的更新
        stats.update();
        renderer.clear();
        requestAnimationFrame(render);
        renderer.render(scene, camera);
    }

    //功能函數
    function setting() {
        loadFullScreen();
        loadAutoScreen(camera, renderer);
        loadStats();
    }

    //運行主函數
    function threeStart() {
        initThree();
        initObject();
        setting();
        render();
    }
</script>
</body>
</html>
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