使用three.js實現炫酷的酸性風格3D頁面

背景

近期學習了 WebGL 和 Three.js 的一些基礎知識，於是想結合最近流行的酸性設計風格，裝飾一下個人主頁，同時總結一些學到的知識。本文內容主要介紹，通過使用 React + three.js 技術棧，載入 3D模型、新增 3D文字、增加動畫、點選互動等，配合樣式設計，實現充滿設計感的 ? 酸性風格頁面。

基礎知識

Three.js

Three.js 是一款基於原生 WebGL封裝執行在瀏覽器中的 3D引擎，可以用它建立各種三維場景，包括了攝影機、光影、材質等各種物件。是一款使用非常廣泛的三維引擎。可以在 three.js官方中文文件 進一步深入學習。

酸性設計

酸性設計 一詞翻譯自 Acid Graphics，起源於 上世紀90年代 的酸浩室音樂、電子舞曲以及嬉皮士文化。在設計領域，這種酸性美學承載一種 自由的主張，怪誕的圖形，大膽鮮明的配色，特殊的材料質感，搭配多種字型，組成了獨特的酸性設計風格。

總之，鮮豔高飽和度 的色彩組合；黑灰色打底高飽和 熒光色 點綴畫面的 五彩斑斕的黑；充滿未來感、炫酷、充滿科技感的液態金屬、玻璃、鋁箔塑料等材質；隨機 的元素、圖形的佈局；不斷 重複、裁切、組合 幾何圖形 等都是酸性設計風格。酸性風格在音樂專輯封面、視覺海報、書籍電影封面、網頁設計中也逐漸開始流行。

實現效果

線上預覽：https://tricell.fun

實現

3D模型

場景初始化

? 建立場景

scene = new THREE.Scene();

? 初始化相機

透視相機 PerspectiveCamera 的 4個 引數分別是指：視場、長寬比、近面、遠面。

camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
// 設定相機位置
camera.position.set(600, 20, -200);
// 相機聚焦到螢幕中央
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));

? 初始化光源

新增 半球光源 HemisphereLight：建立室外效果更加自然的光源

light = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0x444444);
light.position.set(0, 20, 0);
scene.add(light);
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
light.position.set(0, 20, 10);
light.castShadow = true;
scene.add(light);

新增 環境光 AmbientLight：

var ambiColor = '#0C0C0C';
var ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);
scene.add(ambientLight);

新增輔助工具（可選）

? 新增輔助網格

GridHelper 可用於新增網格輔助線，也可用於裝飾，通過 GridHelper(size, divisions, colorCenterLine, colorGrid) 實現。

• size：網格寬度，預設值為 10。
• divisions：等分數，預設值為 10。
• colorCenterLine：中心線顏色，預設值為 0x444444。
• colorGrid： 網格線顏色，預設值為 0x888888。

var grid = new THREE.GridHelper(1000, 100, 0x000000, 0x000000);
grid.material.opacity = 0.1;
grid.material.transparent = true;
grid.position.set(0, -240, 0);
scene.add(grid);

? 新增相機控制元件

通過相機控制元件 OrbitControls 可以對三維場景進行縮放、平移、旋轉操作，本質上改變的並不是場景，而是相機的引數。開發時 OrbitControls.js 需要單獨引入。

controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.update();

? 新增效能檢視外掛

stats 是一個 Three.js 開發的輔助庫，主要用於檢測動畫執行時的幀數。stats.js 也需要單獨引入。

stats = new Stats();
container.appendChild(stats.dom);

載入模型

本文示例用到的 扔鐵餅的人 雕像 3D 模型來源於 threedscans.com，可 免費? 下載使用，本文末尾提供了多個免費模型下載網站，有 200多頁 免費模型，大家感興趣的話可以挑選自己夏歡的自己下載使用。當然，有建模能力的同學，也可以使用 blender、3dmax 等專業建模軟體生成自己喜歡的模型。

載入 obj 或 fbx 模型

需要單獨引入 FBXLoader.js 或 OBJLoader.js，.fbx 和 .obj 格式的模型載入方法是一樣的。

// var loader = new THREE.FBXLoader();
var loader = new THREE.OBJLoader();
loader.load(model, function (object) {
  object.traverse(function (child) {
    if (child.isMesh) {
      child.castShadow = true;
      child.receiveShadow = true;
    }
  });
  object.rotation.y = Math.PI / 2;
  object.position.set(0, -200, 0);
  object.scale.set(0.32, 0.32, 0.32);
  model = object;
  scene.add(object);
});

載入 gltf 模型

需要單獨引入 GLTFLoader.js，載入 .gltf 格式模型方法稍有不同，需要注意的是模型的遍歷物件和最終新增到場景中的是 object.scene 而不是 object。

var loader = new THREE.GLTFLoader();
loader.load(model, function (object) {
  object.scene.traverse(function (child) {
    if (child.isMesh) {
      child.castShadow = true;
      child.receiveShadow = true;
    }
  });
  object.scene.rotation.y = Math.PI / 2;
  object.scene.position.set(0, -240, 0);
  object.scene.scale.set(0.33, 0.33, 0.33);
  model = object.scene;
  scene.add(object.scene);
});

新增網格、載入完成模型之後的效果如下圖所示。

新增轉盤動畫

通過 requestAnimationFrame 重新整理頁面的方法新增轉盤動畫效果。window.requestAnimationFrame() 告訴瀏覽器希望執行一個動畫，並且要求瀏覽器在下次重繪之前呼叫指定的回撥函式更新動畫。該方法需要傳入一個回撥函式作為引數，該回撥函式會在瀏覽器下一次重繪之前執行。

function animate () {
  requestAnimationFrame(animate);
  // 隨著頁面重回不斷改變場景的rotation.y來實現旋轉
  scene.rotation.y -= 0.015;
  renderer.render(scene, camera);
}

新增點選互動

在 Three.js 場景中我們要點選某個模型獲取它的資訊、或者做一些其他操作，要用到 Raycaster（光線投射），原理就是在你滑鼠點選的位置發射一束射線，被射線中的物體都被記錄下來。基本語法是 Raycaster(origin, direction, near, far)，其中：

• origin：射線的起點向量。
• direction：射線的方向向量。
• near：所有返回的結果應該比 near 遠。值不能為負，預設值為 0。
• far：所有返回的結果應該比 far 近。不能小於 near，預設值為 無窮大。

程式碼實現的基本步驟是：獲取滑鼠在螢幕的座標 → 螢幕座標轉標準裝置座標 → 標準裝置座標轉世界座標 → 拿到滑鼠在場景的世界座標 → 根據世界座標和相機生成射線投射方向單位向量 → 根據射線投射方向單位向量建立射線投射器物件。

//宣告raycaster和mouse變數
var raycaster = new THREE.Raycaster();
var mouse = new THREE.Vector2();
onMouseClick = event => {
  // 將滑鼠點選位置的螢幕座標轉成threejs中的標準座標，以螢幕中心為原點，值的範圍為-1到1.
  mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
  mouse.y = - (event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
  // 通過滑鼠點的位置和當前相機的矩陣計算出raycaster
  raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
  // 獲取raycaster直線和所有模型相交的陣列集合
  let intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children);
  if (intersects.length > 0) {
    alert('HELLO WORLD')
    // 可以通過遍歷實現點選不同mesh觸發不同互動，如：
    let selectedObj = intersects[0].object;
    if (selectedObj.name === 'car') {
      alert('汽車?')
    }
  }
}
window.addEventListener('click', onMouseClick, false);

新增3D文字

使用 TextGeometry(text : String, parameters : Object) 新增 3D文字，以下是可設定屬性的說明：

• size：字號大小，一般為大寫字母的高度。
• height：文字的厚度。
• weight：值為 normal 或 bold，表示是否加粗。
• font：字型，預設是 helvetiker，需對應引用的字型檔案。
• style：值為 normal 或 italics，表示是否斜體
• bevelThickness：倒角厚度。
• bevelSize：倒角寬度。
• curveSegments：弧線分段數，使得文字的曲線更加光滑。
• bevelEnabled：布林值，是否使用倒角，意為在邊緣處斜切。

var loader = new THREE.FontLoader();
loader.load('gentilis_regular.typeface.json', function (font) {
  var textGeo = new THREE.TextGeometry('HELLO WORLD', {
    font: font,
    size: .8,
    height: .8,
    curveSegments: .05,
    bevelThickness: .05,
    bevelSize: .05,
    bevelEnabled: true
  });
  var textMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0x03c03c });
  var mesh = new THREE.Mesh(textGeo, textMaterial);
  mesh.position.set(0, 3.8, 0);
  scene.add(mesh);
});

優化

現在模型載入已經基本完成了，但是 3D 模型的體積一般比較大，部署之後我發現網頁載入非常慢，影響使用者體驗，減小模型體積是十分必要的，在網上找了很久壓縮工具，發現在不需要安裝大型 3D建模軟體 的情況下，使用 obj2gltf 可以將體積較大的 OBJ 格式模型轉化為 gltf 模型，有效優化模型體積，提升網頁載入速度。

安裝

npm install obj2gltf --save

將obj模型複製到以下目錄中

node_modules\obj2gltf\bin

執行轉碼指令

node obj2gltf.js -i demo.obj -o demo.gltf

如圖出現類似上述內容，轉碼完成，對比轉化前後的檔案體積，本例中 kas.obj 初始檔案大小為 9.7M 轉化後的檔案 kas.gltf 只有 4.6M，體積縮小一半，此時將轉化後的模型載入到頁面上，肉眼幾乎看不出模型效果的變化，同時頁面載入速度得到明顯提升。

obj2gltf 也可以作為庫使用，通過 node服務 實時轉化模型，感興趣的同學可以通過文章末尾連結深入學習。
也可以是使用 3D 建模軟體如 blender 等手動通過減少模型 面數 和 縮小體積 等途徑對模型壓縮優化，這種優化效果更明顯。

完整程式碼

var model = require('@/assets/models/kas.gltf');
var container, stats, controls;
var camera, scene, renderer, light, model;
class Kas extends React.Component {
  render () {
    return (
      <div id="kas"></div>
    )
  }
  componentDidMount () {
    this.initThree();
  }
  initThree () {
    init();
    animate();
    function init () {
      container = document.getElementById('kas');
      scene = new THREE.Scene();
      scene.fog = new THREE.Fog(0xa0a0a0, 200, 1000);
      // 透視相機：視場、長寬比、近面、遠面
      camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
      camera.position.set(600, 20, -200);
      camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
      // 半球光源：建立室外效果更加自然的光源
      light = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0x444444);
      light.position.set(0, 20, 0);
      scene.add(light);
      light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
      light.position.set(0, 20, 10);
      light.castShadow = true;
      scene.add(light);
      // 環境光
      var ambiColor = '#0C0C0C';
      var ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);
      scene.add(ambientLight);
      // 網格
      var grid = new THREE.GridHelper(1000, 100, 0x000000, 0x000000);
      grid.material.opacity = 0.1;
      grid.material.transparent = true;
      grid.position.set(0, -240, 0);
      scene.add(grid);
      // 載入gltf模型
      var loader = new THREE.GLTFLoader();
      loader.load(model, function (object) {
        object.scene.traverse(function (child) {
          if (child.isMesh) {
            child.castShadow = true;
            child.receiveShadow = true;
          }
        });
        object.scene.rotation.y = Math.PI / 2;
        object.scene.position.set(0, -240, 0);
        object.scene.scale.set(0.33, 0.33, 0.33);
        model = object.scene;
        scene.add(object.scene);
      });
      renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
      renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      renderer.setClearAlpha(0);
      renderer.shadowMap.enabled = true;
      container.appendChild(renderer.domElement);
      window.addEventListener('resize', () => {
        camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
        camera.updateProjectionMatrix();
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      }, false);
      stats = new Stats();
      container.appendChild(stats.dom);
    }
    function animate () {
      var clock = new THREE.Clock()
      requestAnimationFrame(animate);
      var delta = clock.getDelta();
      scene.rotation.y -= 0.015;
      renderer.render(scene, camera);
      stats.update();
    }
    // 增加點選事件
    //宣告raycaster和mouse變數
    var raycaster = new THREE.Raycaster();
    var mouse = new THREE.Vector2();
    function onMouseClick(event) {
      // 通過滑鼠點選位置計算出raycaster所需要點的位置，以螢幕中心為原點，值的範圍為-1到1.
      mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
      mouse.y = - (event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
      // 通過滑鼠點的位置和當前相機的矩陣計算出raycaster
      raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
      // 獲取raycaster直線和所有模型相交的陣列集合
      var intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children);
      if (intersects.length > 0) {
        alert('HELLO WORLD')
      }
    }
    window.addEventListener('click', onMouseClick, false);
  }
}

其他設計元素

本文主要介紹 3D元素 的載入，由於文章篇幅以及時間有限（博主太懶?）其他元素的實現不做詳細講解（可能後續有時間會總結整理 maybe）感興趣的同學可以擴充套件閱讀以下其他大神優秀的文章。

流體背景

靜態 液態背景圖可以通過 SVG filter 實現，實現 動態 流體背景，可以閱讀《Creating Patterns With SVG Filters》，可以使用Three.js 結合原生GLSL實現，可參考《CodePen Shader Template》示例來實現。

金屬、霓虹、故障效果等酸性效果字型可以閱讀我的另一篇文章《僅用CSS幾步實現賽博朋克2077風格視覺效果》，也可以使用設計生成，由於時間關係，本文專案中的金屬效果文字以及本文banner頭圖中的文字都是使用線上藝術字型生成網站生成的，感興趣的同學可以自行嘗試設計。

未來進一步優化

• #todo 酸性風格液態背景實現。
• #todo 3D模型液化金屬化效果。

three.js 優秀案例推薦

最後給大家推薦幾個非常驚豔的 three.js 專案來一起體驗和學習，無論是頁面互動、視覺設計還是效能優化都做到了極致，可以從中學到很多。

• github首頁：3D地球 實時顯示全球熱門倉庫。
• kodeclubs：低面數 3D城市 第三人稱小遊戲。
• 球鞋展示：720度 球鞋動態展示。
• 沙雕dance：沙雕動物舞者。
• Zenly軟體：Zenly App中文主頁。

參考資料

• three.js: https://threejs.org
• obj2gltf: https://github.com/CesiumGS/o...
• 200多頁免費3d模型 https://www.turbosquid.com
• 免費3D雕像: https://threedscans.com
• 免費3D模型：https://free3d.com
• 藝術字型線上生成：https://cooltext.com
• 什麼是酸性設計：https://www.shejipi.com/36125...

作者：dragonir 本文地址：https://segmentfault.com/a/11...