vlambda
2022-02-11

手把手教你用Threejs搭建一个Web3D汽车展厅！

前言

事情是这样的，前段时间外包工头老杨又来找我了，说某汽车大品牌要开发一个网页展厅，希望可以在网页里360度展示它家新款汽车的3d模型，还要可以让用户DIY汽车部件的颜色。

互动话题

先看最终效果，你们觉得值四个W吗？

BMW在线展厅

也就是之前的文章里提到的用threejs来实现的

3D引擎的基本知识

本文的目标是让大家看完之后可以立刻上手用起来，既然要用3d引擎，那我们理解了一些3d的基本知识后，再看threejs的API文档效率就会很高。无论什么3d引擎，都不外乎由以下几种基本元素构成

场景（`scene`）

一个容器，容纳着除渲染器以外的三维世界里的一切。场景的元素采用右手笛卡尔坐标系，x轴正方向向右，y轴正方向向上，z轴由屏幕从里向外

摄像机（`camera`）

就像人的眼睛，在一个空间里可以看向任意方向，可以通过参数调节可视角度和可视距离。

一般我们使用符合物理世界近大远小真实情况的透视相机PerspectiveCamera，还有一些特殊情况，需要远近大小是一样的，那就要用正交相机OrthographicCamera

PerspectiveCamera( fov : Number, aspect : Number, near : Number, far : Number )
//构造函数参数
//fov：视场角
//aspect：视场宽高比（一般用 画布宽/画布 高即可）
//near：能看多近
//far：能看多远
//这几个参数决定了哪些scene里的三维顶点会被渲染/绘制出来

渲染器（`renderer`）

将camera在scene里看到的内容渲染/绘制到画布上

几何体（`geometry`）

3D世界里的所有物体都是点组成面，面组成几何体。相信大家对以下标准的几何体比较熟悉

球体
立方体
圆锥体
圆柱体
...

面是由点构成的，面又可以组成各式各样的几何体。以球体举例，球体面上的点越多，球就越圆。但点越多，运算量也会越大...

另外我们一般说的3d模型就是一个或多个几何体，只是有的3d模型文件里除了包含几何体还可以包含一些额外的信息，比如贴图，材质等...需要在读取模型文件时解析出来

灯光（`light`）

3d引擎在没有手动创建光的情况下会默认有个环境光，不然你什么都看不到。常见的灯光有以下几种类型

AmbientLight（环境光，没有方向全局打亮，不会产生明暗）
DirectionLight（平行光，参考日光来理解）
PointLight（点光源，参考灯泡来理解）

SpotLight（聚光灯，参考舞台聚光灯）

贴图（`texture`）

想象一下你手里有一个立方体，你用一张A4纸包裹上立方体的所有面，并在上面画画。你画的内容就是贴图。

有一些类型的贴图会和光照发生反应...后面我们用到的时候再说

材质（`material`）

延续贴图里的想象，你用白卡纸画画，还是用油纸画画，呈现出来的质感是不同的对不对，这就是材质！下面五个球的颜色都是一样的，而材质从左至右分别是

MeshBasicMaterial（基础材质，不受光照影响）
MeshStandardMaterial（PBR标准材质）
MeshPhongMaterial（高光材质，适用于陶瓷，烤漆类质感）
MeshToonMaterial（卡通材质，俗称三渲二）
MeshStandardMaterial（PBR标准材质模拟金属反射）

来实战吧！

有了这些基础知识，再来使用threejs就很容易上手了。可以说在3dmax等软件中调出来的90%的效果，用threejs都能找到对应的配置参数。

搭建基础场景

//<div id='container' style="width:100%;height: 100%;"></div>
var scene, camera, renderer;

function init(){
    scene = new THREE.Scene();
    //这里参数不懂的同学回去看基本知识里的camera部分
    camera = new THREE.PerspectiveCamera(90, document.body.clientWidth / document.body.clientHeight, 0.1, 100);
    //camera的位置在x0,y0,z3，还记得迪尔卡右手坐标系吗？
    camera.position.set(0, 0, 3);
    
    renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    renderer.setSize(document.body.clientWidth, document.body.clientHeight);
    document.getElementById("container").appendChild(renderer.domElement);
    
    var controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);

    //等待添加模型

    loop();
}

function loop() {
    requestAnimationFrame(loop);
    renderer.render(scene, camera);
}

window.onload = init;

现在我们可以先添加一个标准几何体来试试看，比如我们添加一个立方体来试试看

const geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
const material = new THREE.MeshBasicMaterial( {color: 0x00ff00} );
const cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
scene.add( cube );

很显然，场景是生效的...大家注意看源码块中的注释

汽车模型

回到咱们的项目上来，品牌方给的是一个非常精细的模型，文件量有好几百兆，数百万面（triangles）。

我说这可用不了，你得减面还得给我转成引擎能支持的格式gltf或obj

根据我的评估，要想在移动端网页里流畅运行，最多不能超过10万面

外包工头老杨说，你也别让客户给你弄了，他们都不会

我知道你懂，你就给弄了算了，我给你加【5K】

加5K你让我怎么好意思拒绝呢...

然后，我花25美刀巨资在sketchfab上购买了一个模型

再稍微改改就能满足要求，当然sketchfab也有免费模型

但毕竟收了老杨5K，不花点钱我心里略感不安呐 :p

优化模型结构

根据实际的需求，比如车窗要透明可以看到内饰，所以车窗就得单独给有透明属性的材质。车轮，灯罩，车网，车架，车身等等都要拆成独立的几何体才能独立配置材质。

梳理好模型结构后，我们就要准备模型文件了

加载模型

3d模型的文件格式有很多，但threejs里常用的基本是

OBJ格式

老牌通用3d模型文件，不包含贴图，材质，动画等信息。

GLTF格式（图形语言传输格式）

由OpenGL官方维护团队推出的现代3d模型通用格式，可以包含几何体、材质、动画及场景、摄影机等信息，并且文件量还小。有3D模型界的JPEG之称。

原项目中我使用的是OBJ格式，本文里我们使用GLTF格式。利用threejs提供的editor，我们可以将模型的格式进行转换并导出。

通过GLTFLoader，我们可以加载一个.gltf格式的3d模型文件。需要注意的是，这些Loader都以插件的形式存在，需要引入相应的XXXLoader.js才能使用

//<script src="js/GLTFLoader.js"></script>
//放到之前添加立方体的代码处
const loader = new THREE.GLTFLoader();

loader.load(
    'images/model.gltf',
    function ( gltf ) {
        scene.add( gltf.scene );
    },
    function ( xhr ) {
        //侦听模型加载进度
        console.log( ( xhr.loaded / xhr.total * 100 ) + '% loaded' );
    },
    function ( error ) {
        //加载出错时的回调
        console.log( 'An error happened' );
    }
);

通过这个代码可以遍历查看模型里的几何体列表

console.log(gltf.scene.children);

//可以用for，也可以用traverse api
//gltf.scene.children.traverse((child){});

贴图和材质

现在我们来给几何体添加贴图，贴图怎么做是设计师的专业。这里不过多的说，我们只需要知道，这些贴图如何使用即可。

普通贴图（ _col）

material.map，替代颜色

法线贴图（ _nor）

material.normalMap，让细节程度较低的表面生成高细节程度的精确光照方向和反射效果

环境光遮蔽贴图（ _occ）

material.aoMap，用来描绘物体和物体相交或靠近的时候遮挡周围漫反射光线的效果

环境反射贴图

material.envMap，用于模拟材质反射周围环境的效果

我们现在先把这些贴图文件统一加载到内存里

var allTexture;
function loadAllTexture(cb){
    allTexture = {};

    var loadIndex = 0;
    var textures = [
        "skymap",
        "shache_occ",
        "shache_nor",
        "shache_col",
        "neishi_occ",
        "neishi_nor",
        "mennei_col",
        "luntai_nor",
        "luntai_col",
        "lungu_occ",
        "lungu_nor",
        "lungu_col",
        "linjian_occ",
        "linjian_nor",
        "linjian_col",
        "floor",
        "deng_occ",
        "deng_nor",
        "deng_col",
        "cheshen_occ",
        "cheshen_nor",
        "chejia_occ",
        "chejia_nor",
        "chedengzhao_nor"
    ];

    function loadNextTexture(){
        var textureName = textures[loadIndex];
        loadTexture("images/textures/"+textureName+".jpg",function(texture){
            if(loadIndex<textures.length-1){
                allTexture[textureName] = {
                    texture:texture
                };

                loadIndex++;
                loadNextTexture();
            }else{
                if(cb)cb();
            }
        });
    }
    loadNextTexture();
}
function loadTexture(filepath,cb){
    const textureLoader = new THREE.TextureLoader();
    textureLoader.load(filepath,cb);
}

然后根据名称手动一一对应，比如我们先把车轮毂的贴图给加上

for(var i=0;i<gltf.scene.children[0].children.length;i++){
    var modelObj = gltf.scene.children[0].children[i];

    if(modelObj.name=="smart_lungu0"||modelObj.name=="smart_lungu1"||modelObj.name=="smart_lungu2"||modelObj.name=="smart_lungu3"){
        modelObj.material = new THREE.MeshStandardMaterial();
        modelObj.material.map = allTexture["lungu_col"].texture;
        modelObj.material.normalMap = allTexture["lungu_nor"].texture;
        modelObj.material.aoMap = allTexture["lungu_occ"].texture;
    }
}

我们继续把车轮的贴图给加上

else if(modelObj.name=="smart_chelun0"||modelObj.name=="smart_chelun1"||modelObj.name=="smart_chelun2"||modelObj.name=="smart_chelun3"){
    modelObj.material = new THREE.MeshStandardMaterial();
    modelObj.material.map = allTexture["luntai_col"].texture;
    modelObj.material.normalMap = allTexture["luntai_nor"].texture;
}

其余的材质贴图都如此添加上，后续当然还有很多材质的细节是可以去调整的，但这是个细活儿，这里主要重点分享下玻璃的反射和透明，金属漆的反光

透明的玻璃

天窗和前挡风玻璃的透明度以及基底颜色是不同的

else if(child.name=="smart_boli"){
    child.material=new THREE.MeshPhongMaterial();
    child.material.color = new THREE.Color( 0x333333 );
    child.material.transparent=true;
    child.material.opacity=.2;
}else if(child.name=="smart_tianchuang"){
    child.material=new THREE.MeshPhongMaterial();
    child.material.color = new THREE.Color( 0x000 );
    child.material.transparent=true;
    child.material.opacity=.5;
}

仔细看看动图里前挡风和天窗透明度的差异

玻璃的反射

想真的去反射真实的环境？你别想多了，用envMap做个假的看起来就很可以了...

child.material.envMap=allTexture["skymap"].texture;
//环境反射贴图envMap的映射方式，这里用的是一个叫等量矩形投影的映射方法
child.material.envMap.mapping = THREE.EquirectangularReflectionMapping;
//环境反射贴图的强度
child.material.envMapIntensity=1;

仔细看动图里的前挡风玻璃，是不是反射了什么东西？看过的小伙伴们，记得这张图么？

车身漆面质感

使用MeshStandardMaterial材质，通过调节metalness，roughness的值来调节金属的质感

child.material = new THREE.MeshStandardMaterial();
                    
child.material.color=new THREE.Color(0x70631B);
child.material.metalness = 0.44;
child.material.roughness = 0;

信息点

毕竟是个在线展厅，在车身周围得呈现一些信息点，点击后可以弹窗显示更多信息对吧。实现方式同样在VR全景的文章中提到过了，就是Sprite+Raycast

//frame只是一个标记，叫什么都行
var poiPosArray=[
    {x:-1.47,y:0.87,z:-0.36,frame:1},
    {x:-1.46,y:0.49,z:-0.69,frame:2},
    {x:1.5,y:.7,z:0,frame:8},
    {x:0.33,y:1.79,z:0,frame:3},
    {x:0,y:0.23,z:0.96,frame:4},
    {x:0.73,y:1.38,z:-0.8,frame:5},
    {x:-.1,y:1.17,z:0.88,frame:6},
    {x:-1.16,y:0.16,z:0.89,frame:7}
],poiObjects=[];
function setupInfoPoint(){
    const pointTexture = new THREE.TextureLoader().load("images/point.png");

    var group = new THREE.Group();
    var materialC = new THREE.SpriteMaterial( { map: pointTexture, color: 0xffffff, fog: false } );
    for ( var a = 0; a < poiPosArray.length; a ++ ) {
        var x = poiPosArray[a].x;
        var y = poiPosArray[a].y-.5;
        var z = poiPosArray[a].z;

        var sprite = new THREE.Sprite( materialC );
        sprite.scale.set( .15, .15, 1 );
        sprite.position.set( x, y, z );
        sprite.idstr="popup_"+poiPosArray[a].frame;
        group.add( sprite );

        poiObjects.push(sprite);
    }
    scene.add( group );

    document.body.addEventListener("click",function (event) {
        event.preventDefault();

        var raycaster = new THREE.Raycaster();
        var mouse = new THREE.Vector2();
        mouse.x = ( event.clientX / window.innerWidth ) * 2 - 1;
        mouse.y = - ( event.clientY / window.innerHeight ) * 2 + 1;

        raycaster.setFromCamera( mouse, camera );

        var intersects = raycaster.intersectObjects( poiObjects );
        if(intersects.length>0){
            var popIndex=parseInt(intersects[ 0 ].object.idstr.substr(6,1));
            console.log(popIndex);
        }
    });
}

UI怎么做

既然我们用了threejs，所以我们就要在threejs里把UI做出来吗？这么想的话，会把自己累死。要知道在3d场景里做2d的UI可不算是一件容易的事，还要实现UI的一些用户行为（点击，拖动等）的话就更麻烦了...所以我们直接用html来做UI就好啦~

2021-07-02 11_20_56.gif

到这里，这个3D汽车展厅的核心部分你已经学会(fei)了吧！

结语

以上只是对threejs一个非常粗浅的使用，threejs能实现的酷炫效果远远不止于此，希望本文能让你开始对Web3D开发产生兴趣，如果觉得本文还不错，请点赞收藏关注吧~

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场景（`scene`）

摄像机（`camera`）

渲染器（`renderer`）

几何体（`geometry`）

灯光（`light`）

贴图（`texture`）

材质（`material`）

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搭建基础场景

汽车模型

优化模型结构

加载模型

贴图和材质

信息点

UI怎么做

结语

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