Three.js入门——画星空(star field)

javascript/jquery

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2018-1-4

Three.js是一个很流行的3D JavaScript库。这里有一个three.js的入门教程,在浏览器窗口中画出星空。我按照教程重新实现了一遍,这里的这篇博客把教程大致翻译了一遍。我的demo

变量

定义全局变量:

// three.js的主要部分
var camera, scene, renderer,
// 跟踪鼠标位置
mouseX = 0, mouseY = 0,
// 一个数组,用于存储我们的粒子
particles = [];
// 初始化
init();

初始化three.js

为了使用three.js,我们需要在init()函数中设置三个主要的对象:

  • scene(场景): 场景中包含了所有的3D对象数据
  • camera(相机): 相机有位置(position),旋转(rotation)和视野属性(field of view)
  • renderer(渲染器): 决定场景中的一个物体在照相机的视角看来是什么样子

照相机(Camera)

function init() {
    // 照相机参数
    camera = new THREE.PerspectiveCamera(80, window.innerWidth/window.innerHeight, 1, 4000);
    // 将相机向后(即屏幕外)移
    camera.position.z = 1000;

Camera构造器的第一个参数是视野(field of view)。这是一个角度,越大,则表示虚拟的相机镜片越宽。

第二个参数是输出的宽和高之比。这个值必须与CanvasRenderer相一致。

相机只能看见一定范围之内的物体,这个范围是由near和far来确定的,在这里分别为1和4000。因而任何比1近的物体或者比4000远的物体是不会被渲染的。

在默认情况下相机位于3D世界的起始位置(origin)0,0,0(我的上一篇博客用CSS3绘制一个旋转的立方体中有关于origin的介绍)。但是你创建的3D物体也会放置在这一点,因而默认值用处并不大。我们需要将相机向后移动一点,即给其一个正的z值(由屏幕内指向外侧)。在这里将其移动1000。

场景(Scene)

// the scene contains all the 3D object data
scene = new THREE.Scene();
scene.add(camera);
注意必须将相机加入到场景中。

渲染器(Renderer)

// 加入CanvasRenderer,由渲染器决定场景中的物体看起来如何,并将其画出
renderer = new THREE.CanvasRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 将渲染器的canvas domElement加入到body中
document.body.appendChild(renderer.domElement);

这里的CanvasRenderer创建了它自己的DOM元素,这是一个普通的2D canvas对象,我们需要把它加入到文件的body部分才能看见它。我们想让它充满整个浏览器窗口,所以将它的大小设置为window.innerWidth和window.innerHeight。

渲染循环

接下来我们需要做的是产生粒子,加入鼠标移动监听器(mousemove listener)来追踪鼠标位置,最后设定间隔每秒调用update函数30次。

    makeParticles();
    // add the mouse move listener
    document.addEventListener('mousemove', onMouseMove, false);
    // 每秒渲染30次
    setInterval(update, 1000/30);
其中的`update`函数如下:
    function update() {
        updateParticles();
    
        // 从相机的视角渲染场景
        renderer.render(scene, camera);
    }
```    
`updateParticles`函数会在后面加以解释,它的作用是将粒子向前移动。
直到`renderer.render()`方法调用之前,你是不会看见任何3D物体的。渲染器(renderer)会把所有的东西画到canvas上,它决定了场景中的物体在相机的视角看来是什么样子的。
## 粒子(Particles)
Three.js有三种主要类型的3D对象:三角形(triangles),直线(lines)和粒子(particles)。粒子表示的是3D空间中的一个点,因而最容易使用。它们可以被渲染成2D的图片,比如一个简单的圆或矩形,或是位图图片。关于粒子有一点很重要,它们从任何角度看起来都是一样的,当然根据距离的远近大小会发生变化。
## 创建粒子
    
```javascript
    // creates a random field of Particle object
    function makeParticles() {
        var particle, material;
        
        // 将z坐标从-1000(最远处)逐步增加至1000(相机所在处)
        // 每一个位置加入一个随机的粒子
        for (var zpos = -1000; zpos < 1000; zpos += 20) {
            // 创建一个粒子材质,向其传入颜色及我们定义的粒子渲染函数
            material = new THREE.ParticleCanvasMaterial( {
                // color: 0xffffff,
                color:   getRandomColor(),
                program: particleRender
            });
            // 创建粒子
            particle = new THREE.Particle(material);
            
            // 赋给它一个位于-500至500之间的随机x和y值
            particle.position.x = Math.random() * 1000 - 500;
            particle.position.y = Math.random() * 1000 - 500;
    
            particle.position.z = zpos;
    
            // 将其放大一点
            particle.scale.x = particle.scale.y = 10;
    
            // 把它加入到场景中
            scene.add(particle);
            // 将粒子加入到我们的particles数组中   
            particles.push(particle);
        }
    }

在for循环中zpos以20为步长从-1000增加至1000。

在循环中,我们创建一个新的材质(material)然后新建一个粒子。粒子有一个position属性,它有x, y, z三个值。

我们给每一个粒子一个随机的x和y位置,将它的z位置设置为zpos。

接着将粒子加入到particles数组中,保证能够跟踪所有的粒子并在update循环中对它们进行操作。

创建粒子材质(particle material)

所有的3D对象都有材质对象,材质定义了它们是如何画出来的,颜色及透明度之类的属性。我们是这样定义的每个粒子的材质对象:

material = new THREE.ParticleCanvasMaterial( {
        color: 0xffffff,
        program: particleRender
    });

three.js并没有内置圆形粒子材质,所以需要告诉它如何去画一个圆。我们是通过给particleRender传递必要的canvas绘图API来做到这一点的。

function particleRender(context) {
    context.beginPath();
    context.arc(0, 0, 1, 0, 2*Math.PI, true);
    context.fill();
}

把一个函数传递给材质(material)似乎有点奇怪,但这实际上是一个非常灵活的系统。它获得了canvas上下文的引用,所以我们可以画出任何想要的形状。同时canvas的坐标系统将会根据粒子进行缩放和平移,因此我们只需要以起点(origin)为中心画图即可。

对于粒子的颜色,可以选取一个固定的颜色,也可以选取随机的颜色。

function getRandomColor() {
    var r = 255*Math.random()|0,
        g = 255*Math.random()|0,
        b = 255*Math.random()|0;
    // return 'rgb(' + r + ',' + g + ',' + b + ')';
    return '0x' + parseInt(r, 16) + parseInt(g, 16) + parseInt( b, 16);
}

移动粒子

现在来看一下updateParticles函数,它将会在我们每个的更新周期中调用,就在我们进行渲染之前。

// 根据鼠标位置移动所有的粒子
function updateParticles() {
    
    // 对每个粒子进行迭代处理
    for (var i = 0; i < particles.length; i++) {
        particle = particles[i];
        // 根据mouseY值进行移动
        particle.position.z += mouseY * 0.1;
        // 如果粒子过近,将其移至后面
        if (particle.position.z > 1000)
            particle.position.z -= 2000;
    }
}

鼠标越低,mouseY值越大,粒子移动速度越快。

最后的效果如图,上下移动鼠标,粒子移动速度会发生变化。

原文链接:http://www.wukai.me/2015/11/15/star-field/