Three.js+React实现3D冰墩墩，速来get！
https://github.com/dragonir/3d/tree/master/src/containers/Olympic
背景
使用 Three.js + React 技术栈，教你实现冬日和奥运元素，制作一个充满趣味和纪念意义的冬奥主题 3D 页面。
本文涉及到的知识点主要包括：TorusGeometry 圆环面、MeshLambertMaterial 非光泽表面材质、MeshDepthMaterial 深度网格材质、custromMaterial 自定义材质、Points 粒子、PointsMaterial 点材质等。
效果
实现效果如以下 👇 动图所示，页面主要由 2022 冬奥会吉祥物 冰墩墩 、奥运五环、舞动的旗帜 🚩、树木 🌲 以及下雪效果 ❄️ 等组成。按住鼠标左键移动可以改为相机位置，获得不同视图。
👀 在线预览：https://dragonir.github.io/3d/#/olympic（部署在 GitHub，加载速度可能会有点慢 😓）
实现
引入资源
首先引入开发页面所需要的库和外部资源，OrbitControls 用于镜头轨道控制、TWEEN 用于补间动画实现、GLTFLoader 用于加载 glb 或 gltf 格式的 3D 模型、以及一些其他模型、贴图等资源。
import React from 'react';
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";
import { GLTFLoader } from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader";
import bingdundunModel from './models/bingdundun.glb';
// ...
页面DOM结构
页面 DOM 结构非常简单，只有渲染 3D 元素的 #container 容器和显示加载进度的 .olympic_loading元素。
<div>
<div id="container"></div>
{this.state.loadingProcess === 100 ? '' : (
<div className="olympic_loading">
<div className="box">{this.state.loadingProcess} %</div>
</div>
)}
</div>
场景初始化
初始化渲染容器、场景、相机。关于这部分内容的详细知识点，可以查阅我往期的文章，本文中不再赘述。
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);
scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(skyTexture);
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(0, 30, 100);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
添加光源
本示例中主要添加了两种光源：DirectionalLight 用于产生阴影，调节页面亮度、AmbientLight 用于渲染环境氛围。
// 直射光
const light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.intensity = 1;
light.position.set(16, 16, 8);
light.castShadow = true;
light.shadow.mapSize.width = 512 * 12;
light.shadow.mapSize.height = 512 * 12;
light.shadow.camera.top = 40;
light.shadow.camera.bottom = -40;
light.shadow.camera.left = -40;
light.shadow.camera.right = 40;
scene.add(light);
// 环境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xcfffff);
ambientLight.intensity = 1;
scene.add(ambientLight);
加载进度管理
使用 THREE.LoadingManager 管理页面模型加载进度，在它的回调函数中执行一些与加载进度相关的方法。本例中的页面加载进度就是在 onProgress 中完成的，当页面加载进度为 100% 时，执行 TWEEN 镜头补间动画。
const manager = new THREE.LoadingManager();
manager.onStart = (url, loaded, total) => {};
manager.onLoad = () => { console.log('Loading complete!')};
manager.onProgress = (url, loaded, total) => {
if (Math.floor(loaded / total * 100) === 100) {
this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
// 镜头补间动画
Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: -1, z: 20 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 3600, () => {});
} else {
this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
}
};
创建地面
本示例中凹凸起伏的地面是使用 Blender 构建模型，然后导出 glb 格式加载创建的。当然也可以只使用 Three.js 自带平面网格加凹凸贴图也可以实现类似的效果。使用 Blender 自建模型的优点在于可以自由可视化地调整地面的起伏效果。
var loader = new THREE.GLTFLoader(manager);
loader.load(landModel, function (mesh) {
mesh.scene.traverse(function (child) {
if (child.isMesh) {
child.material.metalness = .1;
child.material.roughness = .8;
// 地面
if (child.name === 'Mesh_2') {
child.material.metalness = .5;
child.receiveShadow = true;
}
});
mesh.scene.rotation.y = Math.PI / 4;
mesh.scene.position.set(15, -20, 0);
mesh.scene.scale.set(.9, .9, .9);
land = mesh.scene;
scene.add(land);
});
创建冬奥吉祥物冰墩墩
现在添加可爱的冬奥会吉祥物熊猫冰墩墩 🐼，冰墩墩同样是使用 glb 格式模型加载的。它的原始模型来源于这里，从这个网站免费现在模型后，原模型是使用 3D max 建的我发现并不能直接用在网页中，需要在 Blender 中转换模型格式，还需要调整调整模型的贴图法线，才能还原渲染图效果。
原模型：
冰墩墩贴图:
转换成Blender支持的模型，并在Blender中调整模型贴图法线、并添加贴图:
导出glb格式:
仔细观察冰墩墩 🐼可以发现，它的外面有一层透明塑料或玻璃质感外壳，这个效果可以通过修改模型的透明度、金属度、粗糙度等材质参数实现，最后就可以渲染出如 👆 banner图 所示的那种效果，具体如以下代码所示。
loader.load(bingdundunModel, mesh => {
mesh.scene.traverse(child => {
if (child.isMesh) {
// 内部
if (child.name === 'oldtiger001') {
child.material.metalness = .5
child.material.roughness = .8
}
// 半透明外壳
if (child.name === 'oldtiger002') {
child.material.transparent = true;
child.material.opacity = .5
child.material.metalness = .2
child.material.roughness = 0
child.material.refractionRatio = 1
child.castShadow = true;
}
}
});
mesh.scene.rotation.y = Math.PI / 24;
mesh.scene.position.set(-8, -12, 0);
mesh.scene.scale.set(24, 24, 24);
scene.add(mesh.scene);
});
创建奥运五环
奥运五环由基础几何模型圆环面 TorusGeometry 来实现，创建五个圆环面，并调整它们的材质颜色和位置来构成蓝黑红黄绿顺序的五环结构。五环材质使用的是 MeshLambertMaterial。
const fiveCycles = [
{ key: 'cycle_0', color: 0x0885c2, position: { x: -250, y: 0, z: 0 }},
{ key: 'cycle_1', color: 0x000000, position: { x: -10, y: 0, z: 5 }},
{ key: 'cycle_2', color: 0xed334e, position: { x: 230, y: 0, z: 0 }},
{ key: 'cycle_3', color: 0xfbb132, position: { x: -125, y: -100, z: -5 }},
{ key: 'cycle_4', color: 0x1c8b3c, position: { x: 115, y: -100, z: 10 }}
];
fiveCycles.map(item => {
let cycleMesh = new THREE.Mesh(new THREE.TorusGeometry(100, 10, 10, 50), new THREE.MeshLambertMaterial({
color: new THREE.Color(item.color),
side: THREE.DoubleSide
}));
cycleMesh.castShadow = true;
cycleMesh.position.set(item.position.x, item.position.y, item.position.z);
meshes.push(cycleMesh);
fiveCyclesGroup.add(cycleMesh);
});
fiveCyclesGroup.scale.set(.036, .036, .036);
fiveCyclesGroup.position.set(0, 10, -8);
scene.add(fiveCyclesGroup);
💡 TorusGeometry 圆环面
TorusGeometry 一个用于生成圆环几何体的类。
构造函数：
TorusGeometry(radius: Float, tube: Float, radialSegments: Integer, tubularSegments: Integer, arc: Float)
radius：圆环的半径，从圆环的中心到管道（横截面）的中心。默认值是 1。
tube：管道的半径，默认值为 0.4。
radialSegments：圆环的分段数，默认值为 8。
tubularSegments：管道的分段数，默认值为 6。
arc：圆环的圆心角（单位是弧度），默认值为 Math.PI * 2。
💡 MeshLambertMaterial 非光泽表面材质
MeshLambertMaterial(parameters : Object)
parameters：（可选）用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入。
创建旗帜
loader.load(flagModel, mesh => {
mesh.scene.traverse(child => {
if (child.isMesh) {
child.castShadow = true;
// 旗帜
if (child.name === 'mesh_0001') {
child.material.metalness = .1;
child.material.roughness = .1;
child.material.map = new THREE.TextureLoader().load(flagTexture);
}
// 旗杆
if (child.name === '柱体') {
child.material.metalness = .6;
child.material.roughness = 0;
child.material.refractionRatio = 1;
child.material.color = new THREE.Color(0xeeeeee);
}
}
});
mesh.scene.rotation.y = Math.PI / 24;
mesh.scene.position.set(2, -7, -1);
mesh.scene.scale.set(4, 4, 4);
// 动画
let meshAnimation = mesh.animations[0];
mixer = new THREE.AnimationMixer(mesh.scene);
let animationClip = meshAnimation;
let clipAction = mixer.clipAction(animationClip).play();
animationClip = clipAction.getClip();
scene.add(mesh.scene);
});
创建树木
let treeMaterial = new THREE.MeshPhysicalMaterial({
map: new THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
transparent: true,
side: THREE.DoubleSide,
metalness: .2,
roughness: .8,
depthTest: true,
depthWrite: false,
skinning: false,
fog: false,
reflectivity: 0.1,
refractionRatio: 0,
});
let treeCustomDepthMaterial = new THREE.MeshDepthMaterial({
depthPacking: THREE.RGBADepthPacking,
map: new THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
alphaTest: 0.5
});
loader.load(treeModel, mesh => {
mesh.scene.traverse(child =>{
if (child.isMesh) {
child.material = treeMaterial;
child.custromMaterial = treeCustomDepthMaterial;
}
});
mesh.scene.position.set(14, -9, 0);
mesh.scene.scale.set(16, 16, 16);
scene.add(mesh.scene);
// 克隆另两棵树
let tree2 = mesh.scene.clone();
tree2.position.set(10, -8, -15);
tree2.scale.set(18, 18, 18);
scene.add(tree2)
// ...
});
💡 MeshDepthMaterial 深度网格材质
MeshDepthMaterial(parameters: Object)
parameters：（可选）用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入。
.depthPacking[Constant]：depth packing 的编码。默认为 BasicDepthPacking。
.displacementMap[Texture]：位移贴图会影响网格顶点的位置，与仅影响材质的光照和阴影的其他贴图不同，移位的顶点可以投射阴影，阻挡其他对象，以及充当真实的几何体。
.displacementScale[Float]：位移贴图对网格的影响程度（黑色是无位移，白色是最大位移）。如果没有设置位移贴图，则不会应用此值。默认值为 1。
.displacementBias[Float]：位移贴图在网格顶点上的偏移量。如果没有设置位移贴图，则不会应用此值。默认值为 0。
💡 custromMaterial 自定义材质
创建雪花
// 雪花贴图
let texture = new THREE.TextureLoader().load(snowTexture);
let geometry = new THREE.Geometry();
let range = 100;
let pointsMaterial = new THREE.PointsMaterial({
size: 1,
transparent: true,
opacity: 0.8,
map: texture,
// 背景融合
blending: THREE.AdditiveBlending,
// 景深衰弱
sizeAttenuation: true,
depthTest: false
});
for (let i = 0; i < 1500; i++) {
let vertice = new THREE.Vector3(Math.random() * range - range / 2, Math.random() * range * 1.5, Math.random() * range - range / 2);
// 纵向移速
vertice.velocityY = 0.1 + Math.random() / 3;
// 横向移速
vertice.velocityX = (Math.random() - 0.5) / 3;
// 加入到几何
geometry.vertices.push(vertice);
}
geometry.center();
points = new THREE.Points(geometry, pointsMaterial);
points.position.y = -30;
scene.add(points);
💡 Points 粒子
new THREE.Points(geometry, material);
构造函数可以接受两个参数，一个几何体和一个材质，几何体参数用来制定粒子的位置坐标，材质参数用来格式化粒子；
可以基于简单几何体对象如 BoxGeometry、SphereGeometry等作为粒子系统的参数；
一般来讲，需要自己指定顶点来确定粒子的位置。
💡 PointsMaterial 点材质
PointsMaterial(parameters : Object)
parameters：（可选）用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入。
💡 材质属性 .blending
THREE.NormalBlending：默认值
THREE.AdditiveBlending：加法融合模式
THREE.SubtractiveBlending：减法融合模式
THREE.MultiplyBlending：乘法融合模式
THREE.CustomBlending：自定义融合模式，与 .blendSrc, .blendDst 或 .blendEquation 属性组合使用
💡 材质属性 .sizeAttenuation
💡 Three.js 向量
Vector2：二维向量
Vector3：三维向量
Vector4：四维向量
镜头控制、缩放适配、动画
controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
// 禁用平移
controls.enablePan = false;
// 禁用缩放
controls.enableZoom = false;
// 垂直旋转角度限制
controls.minPolarAngle = 1.4;
controls.maxPolarAngle = 1.8;
// 水平旋转角度限制
controls.minAzimuthAngle = -.6;
controls.maxAzimuthAngle = .6;
window.addEventListener('resize', () => {
camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
camera.updateProjectionMatrix();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}, false);
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
renderer.render(scene, camera);
controls && controls.update();
// 旗帜动画更新
mixer && mixer.update(new THREE.Clock().getDelta());
// 镜头动画
TWEEN && TWEEN.update();
// 五环自转
fiveCyclesGroup && (fiveCyclesGroup.rotation.y += .01);
// 顶点变动之后需要更新，否则无法实现雨滴特效
points.geometry.verticesNeedUpdate = true;
// 雪花动画更新
let vertices = points.geometry.vertices;
vertices.forEach(function (v) {
v.y = v.y - (v.velocityY);
v.x = v.x - (v.velocityX);
if (v.y <= 0) v.y = 60;
if (v.x <= -20 || v.x >= 20) v.velocityX = v.velocityX * -1;
});
}
总结
TorusGeometry 圆环面
MeshLambertMaterial 非光泽表面材质
MeshDepthMaterial 深度网格材质
custromMaterial 自定义材质
Points 粒子
PointsMaterial 点材质
材质属性 .blending、.sizeAttenuation
Three.js 向量
添加更多的交互功能、界面样式进一步优化；
吉祥物冰墩墩添加骨骼动画，并可以通过鼠标和键盘控制其移动和交互。
- End -
近期课程上新：
| | | |