Three.js 實現虎年春節3D創意頁面

背景

虎年 ? 春節將至，本文使用 React + Three.js 技術棧，實現趣味 3D 創意頁面。本文包含的知識點主要包括：ShadowMaterial、 MeshPhongMaterial 兩種基本材質的使用、使用 LoadingManager 展示模型載入進度、OrbitControls 的緩動動畫、TWEEN 簡單補間動畫效果等。

實現

? 線上預覽，已適配移動端：https://dragonir.github.io/3d...

引入資源

其中 GLTFLoader、FBXLoader 用於加在模型、OrbitControls 使用者鏡頭軌道控制、TWEEN 用於生成補間動畫。

import * as THREE from "three";
import { GLTFLoader } from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader";
import { FBXLoader } from "three/examples/jsm/loaders/FBXLoader";
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";

場景初始化

這部分內容主要用於初始化場景和引數，詳細講解可點選文章末尾連結閱讀我之前的文章，本文不再贅述。

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);
// 場景
scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(bgTexture);
// 霧化效果
scene.fog = new THREE.Fog(0xdddddd, 100, 120);
// 攝像機
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(100, 100, 100);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
// 平行光
const cube = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(0.001, 0.001, 0.001), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xdc161a }));
cube.position.set(0, 0, 0);
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.position.set(20, 20, 8);
light.target = cube;
scene.add(light);
// 環境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff);
scene.add(ambientLight);
// 聚光燈
const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
spotLight.position.set(-20, 20, -2);
scene.add(spotLight);

`?` Fog 場景霧化

本例中，開啟頁面時模型由遠及近載入，顏色由白色變為彩色的功能就是通過 Fog 實現的。Fog 類定義的是線性霧，霧的密度是隨著距離線性增大的，即場景中物體霧化效果隨著隨距離線性變化。

建構函式：Fog(color, near, far)。

color 屬性: 表示霧的顏色，比如設定為紅色，場景中遠處物體為黑色，場景中最近處距離物體是自身顏色，最遠和最近之間的物體顏色是物體本身顏色和霧顏色的混合效果。
near 屬性：表示應用霧化效果的最小距離，距離活動攝像機長度小於 near 的物體將不會被霧所影響。
far 屬性：表示應用霧化效果的最大距離，距離活動攝像機長度大於 far 的物體將不會被霧所影響。

建立地面

本例中使用了背景圖，我需要一個既能呈現透明顯示背景、又能產生陰影的材質生成地面，於是使用到 ShadowMaterial 材質。

var planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(100, 100);
var planeMaterial = new THREE.ShadowMaterial({ opacity: .5 });
var plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);
plane.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
plane.position.set(0, -8, 0);
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

`?` ShadowMaterial 陰影材質

此材質可以接收陰影，但在其他方面完全透明。

建構函式： ShadowMaterial(parameters: Object)

parameters：（可選）用於定義材質外觀的物件，具有一個或多個屬性。

特殊屬性：

.isShadowMaterial[Boolean]：用於檢查此類或派生類是否為陰影材質。預設值為 true。因為其通常用在內部優化，所以不應該更改該屬性值。
.transparent[Boolean]：定義此材質是否透明。預設值為 true。

建立魔法陣

在老虎 ? 底部地面建立一個炫酷的旋轉自發光圓形魔法陣。

cycle = new THREE.Mesh(new THREE.PlaneGeometry(40, 40), new THREE.MeshPhongMaterial({
  map: new THREE.TextureLoader().load(cycleTexture),
  transparent: true
}));
cycle.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
cycle.position.set(0, -9, 0);
cycle.receiveShadow = true;
scene.add(cycle);

魔法陣的貼圖：

`?` MeshPhongMaterial 網格材質

一種用於具有鏡面高光的光澤表面的材質。該材質使用非物理的 Blinn-Phong 模型來計算反射率。

建構函式：MeshPhongMaterial(parameters: Object)

parameters：（可選）用於定義材質外觀的物件，具有一個或多個屬性。

特殊屬性：

.emissive[Color]：材質的放射（光）顏色，基本上是不受其他光照影響的固有顏色。預設為黑色。
.emissiveMap[Texture]：設定放射（發光）貼圖。預設值為 null。放射貼圖顏色由放射顏色和強度所調節。如果你有一個放射貼圖，請務必將放射顏色設定為黑色以外的其他顏色。
.emissiveIntensity[Float]：放射光強度。調節發光顏色。預設為 1。
.shininess[Float]：specular 高亮的程度，越高的值越閃亮。預設值為 30。
.specular[Color]：材質的高光顏色。預設值為 0x111111 的顏色 Color。這定義了材質的光澤度和光澤的顏色。
.specularMap[Texture]：鏡面反射貼圖值會影響鏡面高光以及環境貼圖對錶面的影響程度。預設值為 null。

與 MeshLambertMaterial 中使用的 Lambertian 模型不同，該材質可以模擬具有鏡面高光的光澤表面（例如塗漆木材）。使用 Phong 著色模型計算著色時，會計算每個畫素的陰影，與 MeshLambertMaterial 使用的 Gouraud 模型相比，該模型的結果更準確，但代價是犧牲一些效能。
MeshStandardMaterial 和 MeshPhysicalMaterial 也使用這個著色模型。在 MeshStandardMaterial 或 MeshPhysicalMaterial 上使用此材質時，效能通常會更高，但會犧牲一些圖形精度。

文字模型

使用 FBXLoader 來載入恭喜發財，歲歲平安字樣的 3D 文字模型。

const fbxLoader = new FBXLoader();
fbxLoader.load(textModel, mesh => {
  mesh.traverse(child => {
    if (child.isMesh) {
      meshes.push(mesh);
      child.castShadow = true;
      child.receiveShadow = true;
      // 調節材質的金屬度、粗糙度、顏色等樣式
      child.material.metalness = .2;
      child.material.roughness = .8;
      child.material.color = new THREE.Color(0x111111);
    }
  });
  mesh.position.set(4, 6, -8);
  mesh.rotation.set(-80, 0, 0);
  mesh.scale.set(.32, .32, .32);
  group.add(mesh);
});

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老虎模型

老虎模型是 gltf 格式，在使用 GLTFLoader 載入模型的過程中，發現有 ? bug，loader 無法讀取到模型體積的 total 值，於是使用通用載入器 LoadingManager 來管理模型載入進度。

const manager = new THREE.LoadingManager();
manager.onStart = (url, loaded, total) => {};
manager.onLoad = () => {};
manager.onProgress = async(url, loaded, total) => {
  if (Math.floor(loaded / total * 100) === 100) {
    this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
  } else {
    this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
  }
};
const gltfLoader = new GLTFLoader(manager);
gltfLoader.load(tigerModel, mesh => {
  mesh.scene.traverse(child => {
    if (child.isMesh) {
      child.castShadow = true;
      child.material.metalness = 0;
      child.material.roughness = .8;
      child.material.transparent = true;
      child.material.side = THREE.DoubleSide;
      child.material.color = new THREE.Color(0xffffff);
    }
  });
  mesh.scene.rotation.y = Math.PI * 9 / 8;
  mesh.scene.position.set(0, -4, 2);
  mesh.scene.scale.set(.75, .75, .75);
  // ? 載入模型自身動畫
  let meshAnimation = mesh.animations[0];
  mixer = new THREE.AnimationMixer(mesh.scene);
  let animationClip = meshAnimation;
  let clipAction = mixer.clipAction(animationClip).play();
  animationClip = clipAction.getClip();
  group.add(mesh.scene);
  scene.add(group)
});

`?` LoadingManager 載入器管理器

它的功能是處理並跟蹤已載入和待處理的資料。如果未手動設定加強管理器，則會為載入器建立和使用預設全域性例項載入器管理器。一般來說，預設的載入管理器已足夠使用了，但有時候也需要設定單獨的載入器，比如，你想為物件和紋理顯示單獨的載入條時。

構造方法：LoadingManager(onLoad: Function, onProgress: Function, onError: Function)

onLoad：可選，所有載入器載入完成後，將呼叫此函式。
onProgress：可選，當每個專案完成後，將呼叫此函式。
onError：可選，當一個載入器遇到錯誤時，將呼叫此函式。

屬性：

.onStart[Function]：載入開始時被呼叫。引數: url 被載入的項的url；itemsLoaded 目前已載入項的個數；itemsTotal 總共所需要載入項的個數。此方法預設未定義。
.onLoad[Function]：所有的項載入完成後將呼叫此函式。預設情況下，此方法時未定義的，除非在建構函式中進行傳遞。
.onProgress[Function]：此方法載入每一個項，載入完成時進行呼叫。引數：url 被載入的項的 url；itemsLoaded 目前已載入項的個數；itemsTotal 總共所需要載入項的個數。預設情況下，此方法時未定義的，除非在建構函式中進行傳遞。
.onError[Function]：此方法將在任意項載入錯誤時呼叫。引數：url 所載入出錯誤的項的 url。預設情況下，此方法時未定義的，除非在建構函式中進行傳遞。

新增鏡頭移動補間動畫

模型載入完成後，通過結合使用 TWEEN.js 實現相機 ? 移動實現漫遊，也就是開啟頁面時看到的模型由遠及近逐漸變大的動畫效果。

const Animations = {
  animateCamera: (camera, controls, newP, newT, time = 2000, callBack) => {
    var tween = new TWEEN.Tween({
      x1: camera.position.x,
      y1: camera.position.y,
      z1: camera.position.z,
      x2: controls.target.x,
      y2: controls.target.y,
      z2: controls.target.z,
    });
    tween.to({
      x1: newP.x,
      y1: newP.y,
      z1: newP.z,
      x2: newT.x,
      y2: newT.y,
      z2: newT.z,
    }, time);
    tween.onUpdate(function (object) {
      camera.position.x = object.x1;
      camera.position.y = object.y1;
      camera.position.z = object.z1;
      controls.target.x = object.x2;
      controls.target.y = object.y2;
      controls.target.z = object.z2;
      controls.update();
    });
    tween.onComplete(function () {
      controls.enabled = true;
      callBack();
    });
    tween.easing(TWEEN.Easing.Cubic.InOut);
    tween.start();
  },
}
export default Animations;

呼叫示例：

Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: 5, z: 21 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 2400, () => {});

`?` TWEEN.js

是一個補間動畫庫，可以實現很多動畫效果。它使一個物件在一定時間內從一個狀態緩動變化到另外一個狀態。TWEEN.js 本質就是一系列緩動函式演算法，結合Canvas、Three.js 很簡單就能實現很多效果。

基本使用：

var tween = new TWEEN.Tween({x: 1})     // position: {x: 1}
.delay(100)                             // 等待100ms
.to({x: 200}, 1000)                     // 1s時間，x到200
.onUpdate(render)                       // 變更期間執行render方法
.onComplete(() => {})                   // 動畫完成
.onStop(() => {})                       // 動畫停止
.start();                               // 開啟動畫

? 要讓動畫真正動起來，需要在 requestAnimationFrame 中呼叫 update 方法。

TWEEN.update()

緩動型別：

TWEEN.js 最強大的地方在於提供了很多常用的緩動動畫型別，由 api easing() 指定。如示例中用到的：

tween.easing(TWEEN.Easing.Cubic.InOut);

鏈式呼叫：

TWEEN.js 支援鏈式呼叫，如在 動畫A 結束後要執行 動畫B，可以這樣 tweenA.chain(tweenB) 利用鏈式呼叫建立往復來回迴圈的動畫：

var tweenA = new TWEEN.Tween(position).to({x: 200}, 1000);
var tweenB = new TWEEN.Tween(position).to({x: 0}, 1000);
tweenA.chain(tweenB);
tweenB.chain(tweenA);
tweenA.start();

控制器緩動移動

controls.enableDamping 設定為 true 可以開啟滑鼠移動場景時的緩動效果，產生運動慣性，開啟後 3D 更具真實感。

controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
controls.maxDistance = 160;

`?` THREE.OrbitControls 引數控制一覽

//滑鼠控制是否可用
controls.enabled = true;
//聚焦座標
controls.target = new THREE.Vector3();
//最大最小相機移動距離（PerspectiveCamera 景深相機）
controls.minDistance = 0;
controls.maxDistance = Infinity;
//最大最小滑鼠縮放大小（OrthographicCamera正交相機）
controls.minZoom = 0;
controls.maxZoom = Infinity;
//最大仰視角和俯視角，範圍是0到Math.PI
controls.minPolarAngle = 0;
controls.maxPolarAngle = Math.PI;
//水平方向視角限制，範圍[-Math.PI, Math.PI]
controls.minAzimuthAngle = - Infinity;
controls.maxAzimuthAngle = Infinity;
//慣性滑動，滑動大小預設0.25，若開啟，那麼controls.update()需要加到動畫迴圈函式中
controls.enableDamping = false;
controls.dampingFactor = 0.25;
//滾輪是否可控制zoom，zoom速度預設1
controls.enableZoom = true;
controls.zoomSpeed = 1.0;
//是否可旋轉，旋轉速度
controls.enableRotate = true;
controls.rotateSpeed = 1.0;
//是否可平移，預設移動速度為7px
controls.enablePan = true;
// 點選箭頭鍵時移動的畫素值
controls.keyPanSpeed = 7.0;
//是否自動旋轉，自動旋轉速度。預設每秒30圈，如果是enabled，那麼controls.update()需要加到動畫迴圈函式中
controls.autoRotate = false;
// 當fps為60時每轉30s
controls.autoRotateSpeed = 2.0;
//是否能使用鍵盤
controls.enableKeys = true;
//預設鍵盤控制上下左右的鍵
controls.keys = { LEFT: 37, UP: 38, RIGHT: 39, BOTTOM: 40 };
//滑鼠點選按鈕
controls.mouseButtons = { ORBIT: THREE.MOUSE.LEFT, ZOOM: THREE.MOUSE.MIDDLE, PAN: THREE.MOUSE.RIGHT };

最後不要忘記新增視窗縮放適配方法和 requestAnimationFrame 更新方法。

function onWindowResize() {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}
function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
  let time = clock.getDelta();
  // 老虎動畫
  mixer && mixer.update(time);
  // 補間動畫
  TWEEN && TWEEN.update();
  // 控制器
  controls && controls.update();
  // 魔法陣
  cycle && (cycle.rotation.z += .01);
}

Loading 頁3D文字樣式

3D 文字樣式主要通過疊加多層 text-shadow 實現的。

.loading {
  font-size: 64px;
  color: #FFFFFF;
  text-shadow:     0 1px 0 hsl(174,5%,80%),
                   0 2px 0 hsl(174,5%,75%),
                   0 3px 0 hsl(174,5%,70%),
                   0 4px 0 hsl(174,5%,66%),
                   0 5px 0 hsl(174,5%,64%),
                   0 6px 0 hsl(174,5%,62%),
                   0 7px 0 hsl(174,5%,61%),
                   0 8px 0 hsl(174,5%,60%),
                   0 0 5px rgba(0,0,0,.05),
                  0 1px 3px rgba(0,0,0,.2),
                  0 3px 5px rgba(0,0,0,.2),
                 0 5px 10px rgba(0,0,0,.2),
                0 10px 10px rgba(0,0,0,.2),
                0 20px 20px rgba(0,0,0,.3);
}

效果

最終實現效果如下圖所示，大家感興趣可線上預覽，已適配移動端。被這張加速的 小腦斧? 動圖笑死。

總結

本文中主要涉及到的知識點包括：

Fog 場景霧化
ShadowMaterial 陰影材質
MeshPhongMaterial 網格材質
LoadingManager 載入器管理器
TWEEN.js 補間動畫
THREE.OrbitControls 引數控制
CSS 3D 文字樣式

附錄

想了解場景初始化、光照、陰影及其他網格幾何體的相關知識，可閱讀我的其他文章。如果覺得文章對你有幫助，不要忘了 一鍵三連?。

本文作者：dragonir

Three.js 實現虎年春節3D創意頁面

背景

實現

引入資源

場景初始化

? Fog 場景霧化

建立地面

? ShadowMaterial 陰影材質