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一步步带你实现web全景看房——three.js

canvas画2d相信大家都很熟悉了,但3d世界更加炫酷。我们直接从three.js入手。下面我们从0开始来摸索一下3d世界

1. 基本概念

在THREEjs中,渲染一个3d世界的必要因素是场景(scene)、相机(camera)、渲染器(renderer)。渲染出一个3d世界后,可以往里面增加各种各样的物体、光源等,形成一个3d世界:

场景:右手坐标系,一切要素都在场景里面,相当于“世界”,包括各种物质和物理变化

// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
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照相机:摄像机就相当于人眼,有摄像机才可以看见场景里面的一切物体和光源。常用的是正交摄像机和透视摄像机

正交摄像机是一个矩形可视区域,物体只有在这个区域内才是可见的物体无论距离摄像机是远或事近,物体都会被渲染成一个大小。一般应用场景是2.5d游戏如跳一跳、机械模型

// 创建正交相机
const camera = new THREE.OrthographicCamera(
    -window.innerWidth / 200,
    window.innerWidth /200 ,
    window.innerHeight/ 200,
    -window.innerHeight/ 200,
    1,
    1000
);
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我们可以看见上图的效果,有一个正方体已经走了很远但是大小不变。另外还可以看见角落有一个正方体已经被截断了一部分,那是因为正交摄像机仅仅展示一个空间内的场景,所以会有截断效果。

透视摄像机是最常用的摄像机类型,模拟人眼的视觉,近大远小(透视)。Fov表示的是视角,Fov越大,表示眼睛睁得越大,离得越远,看得更多。如果是需要模拟现实,基本都是用这个相机

// 创建透视相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
          90,
          window.innerWidth / window.innerHeight,
          1,
          10000
        );
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近大远小的效果就出来了,比较符合现实

渲染器

最后需要把所有的内容渲染到页面上,需要一个渲染器:

      const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); // canvas大小
      document.body.appendChild(renderer.domElement);

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2. 给画面增加内容

上面的确是把3d世界画出来了,只是没有什么东西。在three.js中,我们需要增加光源和mesh

mesh

mesh即是网格。在计算机里,3D世界是由点组成的,无数的面拼接成各种形状的物体。这种模型叫做网格模型。一条线是两个点组成,一个面是3个点组成,一个物体由多个3点组成的面组成:

而网格(mesh)又是由几何体(geometry)和材质(material)构成的

geometry

我们所能想象到的几何体,框架都自带了,我们只需要调用对应的几何体构造函数即可创建。几何体的创建方法都是new,如BoxBuffer:

const geometry = new THREE.BoxBufferGeometry( 1, 1, 1 );
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创建的时候,一般定义了渲染一个 3D 物体所需要的基本数据:Face 面、Vertex 顶点等信息。THREE.xxxGeometry指的是框架自带的几何体,不同几何体所需要的参数有所不同,大概是width、height、radius、depth、segment、detail、angle等属性

更多geometry相关api

BufferGeometry和Geometry有什么不同?就实现的效果来说它们都是一样,但是BufferGeometry的多了一些顶点属性,且性能较好。对于开发者来说,Geometry对象属性少体验更好。THREE解析几何体对象的时候,如果是Geometry,则会把对象转换成ufferGeometry对象,再进行下一步渲染

material

一个物体很多的物理性质,取决于其材料,材料也决定了几何体的外表。材料的创建方法也是new,如Lambert材料:

const material = new THREE.MeshLambertMaterial();
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一个物体是否有镜面感、亮暗、颜色、透明、是否反光等性质,取决于使用什么材料。THREE.xxxMaterial指的是框架自带的材料,不同材料所需要的参数也是有所不同

更多material相关api

有了geometry和material,就可以创建一个mesh并追加到场景中:

const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(mesh);
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光源

一个3d世界,如果需要更加逼真,那就需要光源了。光也有很多种,常见的有平行光(图2)、点光源(图3)、环境光(环境光充满所有的几何体表面)、聚光灯(图1)

其中,只有平行光、点光源才能产生阴影。而且有的材料是受光源影响,没有光就是黑的。而一些材料是不受光影响的。光源的创建,如直射光:

const light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.9)
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THREE.xxxLight指的是框架自带的光源构造函数,一般实例化的时候需要的参数是color、intensity、distance等配置。另外,一个3d世界当然不是一种光构成,所以光可以叠加,叠加的结果作用与物体上。

而且物体的影子也不是白送的,需要某些支持影子的光加上开发者配置:

// 光产生影子
light.castShadow = true;
// 地面接受影子
ground.receiveShadow = true;
// 物体产生影子
mesh.castShadow = true;
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更多光源相关的api

更多影子相关的api

3. 调试工具

轨道控制器

加上此控制器,就可以通过鼠标拖拽、滚动对整个画面进行拖拽放缩 轨道控制器代码在THREE官方github上,如果使用的时候报错THREE.OrbitControls is not a constructor,那么就copy一份下来,第一行加一个window:window.THREE.OrbitControls = ...

使用方法就是new一个控制器,然后监听变化,触发render

        const controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
        controls.addEventListener("change", () => {
          renderer.render(scene, camera);
        });
        controls.minDistance = 1;
        controls.maxDistance = 2000;
        controls.enablePan = false;
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性能监控

源代码。可以拷贝下来,挂在window上

官方大部分例子都使用了一个stat的插件,在左上角会出现性能变化的曲线,供我们调试使用。使用方法:

    const stat = new Stats();
    document.body.appendChild(stat.dom);
    
    // 改造render函数
    function render() {
      renderer.render(scene, camera);
      stat.update();
    }
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4. let's coding

先把场景、摄像机、渲染器弄出来,然后添加一个红色的球

      function init() {
      const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
      renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      document.body.appendChild(renderer.domElement);

      // 场景
      const scene = new THREE.Scene();
      // 相机
      const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
        90,
        window.innerWidth / window.innerHeight,
        0.1,
        100
      );
      camera.position.set(10, 0, 0);

      // 轨道控制器
      const controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
      controls.addEventListener("change", render);
      controls.minDistance = 1;
      controls.maxDistance = 200;
      controls.enablePan = false;

      // 新增一个红色球
      const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 });
      const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
      scene.add(mesh);
      // 坐标轴辅助线
      scene.add(new THREE.AxisHelper(1000));

      controls.update(); // 控制器需要
      controls.target.copy(mesh.position);

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

      function r() {
        render();
        requestAnimationFrame(r)
      }
      r()
    }
    
    init();
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此时,可以看见坐标原点上有一个球。其实,一个几何体纹理是可以使用图片的,甚至还可以使用视频,此时不能双击打开html,需要本地起一个服务器打开。我们改造一下mesh:

    function addImg(url, scene, n = 1) {
      const texture = THREE.ImageUtils.loadTexture(url);
      const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture });
      const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
      scene.add(mesh);
      return mesh;
    }
    
    
      // const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      // const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 });
      // const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
      // 去酷家乐找了一个图
      const mesh = addImg("https://qhyxpicoss.kujiale.com/r/2019/07/01/L3D137S8ENDIADDWAYUI5L7GLUF3P3WS888_3000x4000.jpg?x-oss-process=image/resize,m_fill,w_1600,h_920/format,webp", scene, 1); 
      scene.add(mesh);
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原点显示一个图作为纹理的球

基本都ok了,怎么实现全景看房呢?我们上面的条件都ok了,最后需要做的事情是:将摄像机放在球体中心、轨道控制器放缩上限最小最大设置成1和2、渲染mesh内表面

    // 调整max
      controls.minDistance = 1;
      // controls.maxDistance = 200;
      controls.maxDistance = 2;
      
      // 调整球大小
      // const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      const geometry = new THREE.SphereGeometry(50, 256, 256);
      
      // 摄像机放球体中心
      // camera.position.set(10, 0, 0);
      camera.position.set(-0.3, 0, 0);
      
      // 渲染球体的双面
      const material = new THREE.MeshLambertMaterial({ map: texture });
      material.side = THREE.DoubleSide;
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全景看房的效果就出来了,然后只需拖动就可以调整角度了。引入是普通平面图,所以图的首尾交接有一点问题。

这只是实现的一个思路,实现的方法有很多,如柱体、立方体,图片可能是扇形的全景图也可能是多个图片拼接起来的。具体的细节根据业务进行调整

全部代码如下,需要引入three.js、orbitcontrol

全部代码
    function init() {
      const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
      renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      document.body.appendChild(renderer.domElement);

      const scene = new THREE.Scene();
      const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
        90,
        window.innerWidth / window.innerHeight,
        0.1,
        100
      );
      // camera.position.set(10, 0, 0);
      camera.position.set(-0.3, 0, 0);

      const controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
      controls.addEventListener("change", render);
      controls.minDistance = 1;
      // controls.maxDistance = 200;
      controls.maxDistance = 2;
      controls.enablePan = false;

      // const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      // const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 });
      // const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
      const mesh = addImg("https://qhyxpicoss.kujiale.com/r/2019/07/01/L3D137S8ENDIADDWAYUI5L7GLUF3P3WS888_3000x4000.jpg?x-oss-process=image/resize,m_fill,w_1600,h_920/format,webp", scene, 1);
      scene.add(mesh);

      controls.update();
      controls.target.copy(mesh.position);

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

      function r() {
        render();
        requestAnimationFrame(r)
      }
      scene.add(new THREE.AxisHelper(1000));
      r()
    }

    function addImg(url, scene, n = 1) {
      const texture = THREE.ImageUtils.loadTexture(url);
      const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture });
      // const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 10, 10);
      const geometry = new THREE.SphereGeometry(50, 256, 256);
      const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
      material.side = THREE.DoubleSide;
      scene.add(mesh);
      return mesh;
    }

    init();

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