最近在研究三維可視化
發(fā)現(xiàn)了一堆奇怪的問(wèn)題
我好菜啊我怎么這么菜
記錄一下過(guò)程和一些坑

Three.js官網(wǎng)：https://threejs.org/
學(xué)犀牛中文論壇：http://www.xuexiniu.com/

最近在研究三維可視化，發(fā)現(xiàn)是個(gè)水很深的領(lǐng)域。Three.js是一個(gè)基于WebGL的三維可視化庫(kù)，功能很強(qiáng)大，官網(wǎng)上有很多炫酷的例子。Rhino是一個(gè)類似3Dmax的建模軟件，為什么不用3Dmax……是因?yàn)镸ac電腦裝不了3Dmax ╮（╯＿╰）╭
官網(wǎng)的Documentation中對(duì)Three.js的基礎(chǔ)用法介紹的很詳細(xì)，這里就不般教程了，只是稍微記錄下這兩天學(xué)習(xí)（爬坑）的過(guò)程。
警告??：本篇不是個(gè)詳細(xì)的Three.js教程，事實(shí)上，Vue，Three.js，Rhino單拎出來(lái)都不是很困難，遇到的大部分問(wèn)題都是因?yàn)樽髡咝难獊?lái)潮要同時(shí)用這仨。

一. 環(huán)境搭建

Three.js的官網(wǎng)教程是基于html+js的，集成到Vue里直接npm或者yarn裝就行了。

npm install three

Vue是我們的老朋友了這里就不講相關(guān)知識(shí)啦，在我們的Vue工程里，引入Three，并創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景。
Three.js三要素場(chǎng)景Scene、相機(jī)Camera、渲染器Renderer，場(chǎng)景Scene定義了整體空間，用于保存、追蹤所渲染物體；相機(jī)Camera定義了觀察場(chǎng)景的角度；渲染器Renderer最終在瀏覽器中渲染出畫(huà)面。所以我們?cè)赩ue的data里，先定義好camera, scene, renderer，初值給null即可。

<template>
  <div class="area">
        <!-- Three.js主體展示 -->
      <div id="container"></div>
  </div>
</template>
<script>
import * as THREE from 'three'

export default {
  name: 'ThreeTest',
  data() {
    return {
      camera: null,
      scene: null,
      renderer: null,
    }
  }
  methods: {
  }
}
</script>

接下來(lái)在method里面創(chuàng)建場(chǎng)景，基本是跟在html里寫(xiě)沒(méi)什么差別。關(guān)于相機(jī)，渲染器的基本參數(shù)請(qǐng)參照官網(wǎng)api。

methods: {
    init() {
        let container = document.getElementById('container');
        
        this.scene = new THREE.Scene();

        this.camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, container.clientWidth/container.clientHeight, 0.1, 1000);
        this.camera.position.x = 40;
        this.camera.position.y = 40;
        this.camera.position.z = 40;
        this.camera.lookAt(this.scene.position);

        this.renderer = new THREE.WebGLRenderer();
        this.renderer.setClearColor(0xEEEEEE); //背景色
        this.renderer.setSize(container.clientWidth, container.clientHeight); //場(chǎng)景大小
        this.renderer.shadowMap.enabled = true; //啟用陰影

        console.log(scene);
        console.log(camera);
        console.log(renderer);

        container.appendChild(this.renderer.domElement);
        this.renderer.render(this.scene, this.camera);
    }
  },
  mounted() {
      this.init();
  }

添加完畢后，雖然屏幕上一片灰啥都沒(méi)有，但我們可以在控制臺(tái)輸出場(chǎng)景、相機(jī)、渲染器參數(shù)查看。自此，證明我們已經(jīng)在Vue里成功創(chuàng)建了一個(gè)three.js的三維場(chǎng)景。

Three.js三要素

如果控制臺(tái)遇到問(wèn)題
"ReferenceError: THREE is not defined"
請(qǐng)確定導(dǎo)入的時(shí)候是不是寫(xiě)對(duì)了

import * as THREE from 'three'

二. Three.js基礎(chǔ)元素

Step1: 坐標(biāo)系建立
為了便于查看，先在場(chǎng)景中建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，包括坐標(biāo)軸和平面。

        //添加坐標(biāo)軸
        let axes = new THREE.AxesHelper(20);
        this.scene.add(axes);

        //平面
        let planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(60,20)
        let planeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0xcccccc});
        let plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);
        plane.receiveShadow = true;
        plane.rotation.x = -0.5* Math.PI;
        this.scene.add(plane);

為了渲染，還需要加個(gè)光源，不然所有元素都會(huì)是一片黑色。

        let spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
        spotLight.position.set(40, 80, -20);
        spotLight.castShadow = true;
        this.scene.add(spotLight);

在Three.js的坐標(biāo)系里，紅色是x軸，綠色是y軸，藍(lán)色是z軸。注意這時(shí)候根據(jù)我們的設(shè)定，相機(jī)位置在（40，40，40），所以看到的是如下效果。可以適當(dāng)調(diào)整相機(jī)位置感受一下坐標(biāo)變換。

坐標(biāo)系建立

Step2: 添加幾何體
下面給這個(gè)場(chǎng)景加兩個(gè)幾何體。加一個(gè)球和一個(gè)方塊。
首先在data里加上cube和sphere用來(lái)存儲(chǔ)球和方塊。

data() {
    return {
      ……
      sphere:null,
      cube:null,
    }
  }

然后init方法里定義一下位置

        //方體
        let cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(5, 5, 5);
        let cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0xffee6b});
        this.cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
        this.cube.castShadow = true;
        this.cube.position.x = -10;
        this.cube.position.y = 10;
        this.scene.add(this.cube);

        //球體
        let sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(2, 20, 20);
        let sphereMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x7777ff});
        this.sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMaterial);
        this.sphere.castShadow = true;
        this.sphere.position.x = 20;
        this.sphere.position.y = 5;
        this.sphere.position.z = 0;
        this.scene.add(this.sphere);

立體幾何學(xué)的好，坐標(biāo)設(shè)置無(wú)煩惱。
MeshLambertMaterial是Three.js中一種不太亮的純色材質(zhì)，Three.js中的材質(zhì)還有很多，可以去官網(wǎng)文檔的Materials那欄多嘗試幾個(gè)。

立方體和球

推薦試一下MeshNormalMaterial，效果非常炫酷。

MeshNormalMaterial

Step3: 添加動(dòng)畫(huà)
現(xiàn)在我們想讓這兩個(gè)元素動(dòng)一動(dòng)，所以新建一個(gè)animate方法。（記得先在data里定義好step，用來(lái)作為球移動(dòng)的變量。）

    animate() {  
        requestAnimationFrame(this.animate);
        //旋轉(zhuǎn)方體
        this.cube.rotation.x += 0.02;
        this.cube.rotation.y += 0.02;

        //彈跳球
        this.step += 0.03;
        this.sphere.position.x = 10 + ( 10 * (Math.cos(this.step)));
        this.sphere.position.y = 2 + ( 10 * Math.abs(Math.sin(this.step)));

        this.renderer.render(this.scene, this.camera);
    }

并且在mounted里把a(bǔ)nimate加上。

  mounted() {
      this.init();
      this.animate();
  }

為了光效更好一些我們可以在init中剛剛定義光源的地方加個(gè)環(huán)境光源。

        let ambiColor = "#523318";
        let ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);
        this.scene.add(ambientLight);

這樣元素就動(dòng)起來(lái)了，不會(huì)上傳動(dòng)圖請(qǐng)假裝下面是個(gè)動(dòng)圖。

我想起那天夕陽(yáng)下的彈球，那是我逝去的……

Step4: 添加紋理貼圖
現(xiàn)在方塊和球的顏色都是我們自己定的rgb顏色，但是三維模型一般都是需要貼圖的，（我在給外部Obj貼圖的時(shí)候遇到了個(gè)很大的坑！這個(gè)第四部分再述。）Three.js中，提供TextureLoader可以直接加載外部紋理圖片。
比如我們有一張伊麗莎白癡呆圖。在Vue中，需要把它放在public靜態(tài)資源文件夾下。（Vue3.0之前的工程應(yīng)該是static文件夾。）這里靜態(tài)資源不建議跟代碼放在同一目錄，因?yàn)閂ue工程會(huì)自動(dòng)變動(dòng)目錄地址，可能會(huì)匹配不到。

不是假發(fā)是伊麗莎白

Vue的靜態(tài)資源文件夾

之后，用TextureLoader加載圖片。注意引用靜態(tài)資源直接加個(gè)/就行。

        //加載紋理
        new THREE.TextureLoader().load('/Elizabeth.jpg', texture => {
            this.cube.material = new THREE.MeshLambertMaterial({map: texture});
        });

這時(shí)，場(chǎng)景中的方塊就貼上了圖。

我想起那天夕陽(yáng)下的伊麗莎白……

三. 添加Control組件

Three.js里一般用gui.dat作為輔助的控制組件，Vue添加gui.dat基本上沒(méi)遇到什么坑。Html里怎么寫(xiě)的，除了把控制變量都放Data里定義，其他寫(xiě)法照搬過(guò)來(lái)就行。

npm install dat.gui

import dat from 'dat.gui'

之后使用方式基本跟在html中一樣了，這里就不逐行介紹了。比如希望控制立方體旋轉(zhuǎn)速度和小球彈跳速度，Data里先定義好兩個(gè)速度變量。

  data() {
    return {
      ……
      step:0,
      controls: {
        rotationSpeed: 0.02,
        bouncingSpeed: 0.03
      }
    }
  },

method里增加方法初始化gui，并在init中調(diào)用一下。

    initgui() {
        const gui = new dat.GUI(); // gui監(jiān)測(cè)器
        gui.add(this.controls, 'rotationSpeed', 0, 0.2);
        gui.add(this.controls, 'bouncingSpeed', 0, 0.2);
        this.init();
    },

之后改一下animate，將動(dòng)畫(huà)綁定到controls中。

        let { controls } = this
        requestAnimationFrame(this.animate);
        //旋轉(zhuǎn)方體
        this.cube.rotation.x += controls.rotationSpeed;
        this.cube.rotation.y += controls.rotationSpeed;

        //彈跳球
        this.step += controls.bouncingSpeed;
        this.sphere.position.x = 10 + ( 10 * (Math.cos(this.step)));
        this.sphere.position.y = 2 + ( 10 * Math.abs(Math.sin(this.step)));

        this.renderer.render(this.scene, this.camera);

這樣，就能通過(guò)控制組件改變動(dòng)畫(huà)速度。

控制組件

四. 引入外部三維模型

現(xiàn)在，終于要輪到我們Rhino出場(chǎng)了ヾ(≧▽≦*)o。這一步非常不順利會(huì)有很多坑，我用加粗注明了。
我們首先在Rhino中建個(gè)模型。怎么建模的就不講了，總之我們有了一條草魚(yú)（草紋理的魚(yú)，簡(jiǎn)稱草魚(yú)）。

草魚(yú)建模

然后，把這個(gè)模型導(dǎo)出成obj文件。會(huì)看到包括一個(gè)obj，一個(gè)mtl和一個(gè)png文件。obj是模型的基本輪廓，沒(méi)有顏色。mtl是相關(guān)聯(lián)的色彩配置文件。png就是mtl里用到的紋理圖片。把這三個(gè)文件都放到public文件夾下。

草魚(yú)模型文件

Three.js可以加載多種3D模型，需要單獨(dú)引入js文件。但放到Vue里，畢竟不是引個(gè)js就能搞定的事，首先要保證npm上有這些加載模型的工具包。好在常見(jiàn)的Obj，Stl加載工具都是有的。

npm install three-obj-mtl-loader

裝完后引入。

import { MTLLoader, OBJLoader } from 'three-obj-mtl-loader'

我們?nèi)サ魟倓偟钠聊?，立方體和彈球，或者新建另一個(gè)組件，加載這條魚(yú)。
首先data里定義一個(gè)數(shù)據(jù)存放魚(yú)。

data() {
    return {
      camera: null,
      scene: null,
      renderer: null,
      fish: null,
    }
  }

然后method里用MTLLoader和OBJLoader加載魚(yú)。

init() {
        ……
        //加載模型
        let mtlLoader = new MTLLoader();
        let objLoader = new OBJLoader();
        mtlLoader.load('/fish.mtl', (materials) => {
          materials.preload();
          objLoader.setMaterials(materials);
          objLoader.load('/fish.obj', (object) => {
            object.scale.set(1, 1, 1);
            this.fish = object;
            this.scene.add(object);
          })
        })
        ……
    },
    animate() {  
      requestAnimationFrame(this.animate);
      if(this.fish){
        this.fish.rotation.y += 0.006;
      }
      this.renderer.render(this.scene, this.camera);
    }

這里的第二個(gè)坑是如果模型沒(méi)有顯示，并且控制臺(tái)也不報(bào)錯(cuò)，請(qǐng)先在控制臺(tái)輸出scene，確認(rèn)模型是不是被加載上了。一般來(lái)講都是因?yàn)橄鄼C(jī)視角不對(duì)，把相機(jī)位置和模型的縮放比例調(diào)一調(diào)，理論上就可以看到。
object.scale.set(1, 1, 1); 對(duì)于有些模型，可能要放大到100倍才能看到，也有些模型可能要縮小到0.1.

調(diào)整完畢后，OK，有一條魚(yú)在動(dòng)了！

魚(yú)模型

但是為什么是條黑魚(yú)不是草魚(yú)(⊙?⊙)？紋理沒(méi)有加載上，整個(gè)模型呈黑色。

這是第三個(gè)坑，經(jīng)測(cè)試，如果用的是html+js，其實(shí)是沒(méi)有任何問(wèn)題的可以看到草魚(yú)，但是在Vue里，大概又是路徑的配置問(wèn)題，其實(shí)mtl并沒(méi)有獲取到對(duì)應(yīng)的png。需要我們打開(kāi)mtl文件做一些更改。

mtl文件詳情

可以看到最后一行，是匹配到Grass.png中的，我們將它改成

map_Kd /Grass.png

對(duì)，就加上一個(gè)/路徑(°ー°〃)。再回到瀏覽器里，發(fā)現(xiàn)紋理已經(jīng)加上了。

草魚(yú)

當(dāng)然，很多情況下，加載模型的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)各種紋理加載不上的狀況，所以這里介紹另一種曲線救國(guó)的萬(wàn)能解決方法。
就是只加載obj，然后手動(dòng)用前文所說(shuō)的TextureLoader自己加載紋理。

        //曲線救國(guó)加載紋理
        new OBJLoader().load('/fish.obj' , obj => {
          let texture = new THREE.TextureLoader().load('/Grass.png');
          let material = new THREE.MeshLambertMaterial( { map: texture } );
          obj.children.forEach(child => {
              child.material = material;
          });
          this.fish = obj;
          this.scene.add(obj);
        })

效果也是一樣的！改個(gè)背景色，于是：

水中草魚(yú)

五. 總結(jié)

Three.js很強(qiáng)大，三維可視化還有很大的發(fā)展空間，篇幅所限，以后再對(duì)材質(zhì)，紋理，動(dòng)畫(huà)做更深入研究。本文中記錄的坑希望大家不要遇到。尤其是mtl找不到png這個(gè)坑 →_→
就到這里吧，差不多是只咸魚(yú)了<。)#)))≦