Three.JS教程2几何体的创建与使用

一、几何体基础

1. 几何体的相关概念

几何体是描述三维对象形状的基本构建块，它定义了物体的几何结构，包括顶点、面和其它几何属性。 它的几个关键的概念：

(1) 顶点（Vertices）

顶点是构成几何体的基本点，表示三维空间中的坐标。几何体由一系列顶点组成，这些顶点连在一起构成物体的形状。

(2) 面（Faces）

连接顶点的多边形，它定义了几何体的表面。面由顶点的连接顺序和方向确定。

(3) 边（Edges）

连接两个相邻顶点的线段，它定义了几何体的轮廓和边缘。

(4) 基本几何体类型

创建几何体时，可以使用Three.js的内置几何体类型，如立方体、球体、圆柱体等。

(5) BufferGeometry

结构缓冲区，用来存储几何数据，提高渲染性能。

(6) BufferAttribute

用来表示缓冲区的对象，通常用于存储几何体的顶点坐标、颜色、法线等信息。
构造函数：
THREE.BufferAttribute(array: TypedArray, itemSize: number, normalized?: boolean)

参数

• array：包含缓冲区数据的 TypedArray，例如 Float32Array 或 Uint16Array。
• itemSize：每个数据项的大小，表示缓冲区中每个元素包含几个值，表示三维坐标是这个值就是3。
• normalized（可选）：一个布尔值，指示是否将整数数据映射到 [0, 1] 范围。默认值为 false。

属性

• count：数据项的数量，计算方法为 array.length / itemSize。

其它还有三个属性与参数相同。

方法

• setArray(array: TypedArray)：用新的 TypedArray 替换现有的数组。
• setDynamic(value: boolean)：将缓冲区标记为动态（value 为 true）或静态（value 为 false）。
• needsUpdate：标记是否需要更新缓冲区。

二、创建基本的几何体

1. 二维几何体

(1) 点（Point）

在Three.js中可以使用THREE.Points对象表示一组点。以下是创建点的基本步骤：

1. 创建几何体（Geometry）：

   // 创建 BufferGeometry
   var geometry = new THREE.BufferGeometry();
   

2. 定义顶点位置：
   顶点的位置是一个浮点数数组，其中每三个元素表示一个点的x、y和z坐标。

   // 定义顶点位置
   var vertices = new Float32Array([
       0, 0, 0,  // 第一个点的坐标
       1, 1, 1,  // 第二个点的坐标
       // 可以添加更多的点坐标
   ]);
   
   // 将顶点位置设置到 BufferGeometry
   geometry.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(vertices, 3));
   

3. 创建材质（Material）： 定义点的外观，可以为点指定颜色、大小等属性。

   // 创建点的材质，设置颜色和大小
   var material = new THREE.PointsMaterial({ color: 0xff0000, size: 5 });
   

4. 创建 Points 对象： 将几何体和材质传递给THREE.Points对象，最终得到点的表示。

   // 创建 Points 对象，将几何体和材质传递进去
   var points = new THREE.Points(geometry, material);
   

5. 添加到场景： 最后，将创建的Points对象添加到场景中。

   // 将 Points 对象添加到场景
   scene.add(points);
   

整体测试代码：

// 引入Three.js库的全部功能，并将其命名为THREE
import * as THREE from 'three';

// 创建一个场景
const scene = new THREE.Scene();

// 创建一个透视相机，参数分别为视野角度、视口宽高比、近端距离、远端距离
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);

// 创建一个WebGL渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();

// 设置渲染器的大小为窗口的宽度和高度
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

// 将渲染器的canvas元素添加到HTML文档中的body标签中
document.body.appendChild(renderer.domElement);


//------------- 下面是创建一个点的代码 -----------------------
// 创建 BufferGeometry
const geometry = new THREE.BufferGeometry();
// 定义顶点位置
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0,  // 第一个点的坐标
    100, 100, 100,  // 第二个点的坐标
    200, 200, 200,  // 第二个点的坐标
    // 可以添加更多的点坐标
]);

// 将顶点位置设置到 BufferGeometry
geometry.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(vertices, 3));

// 创建点的材质，设置颜色和大小
const material = new THREE.PointsMaterial({color: 0xff0000, size: 5});

// 创建 Points 对象，将几何体和材质传递进去
const points = new THREE.Points(geometry, material);

scene.add(points);
//--------------- 创建点的代码结束 --------------------------


camera.position.z = 10;

renderer.render(scene, camera);

后面测试代码将忽略创建场景、渲染相关的代码。

(2) 创建直线（Line）

使用THREE.Line创建直线对象 。 示例：

//------------- 下面是创建一条线的代码 -----------------------
// 创建 BufferGeometry
const geometry = new THREE.BufferGeometry();
// 定义点位置
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0,  // 起点的坐标
    50, 50, 50  // 终点的坐标
]);

// 将顶点位置设置到 BufferGeometry
geometry.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(vertices, 3));

// 创建线的材质，设置颜色和大小
const material = new THREE.LineBasicMaterial({color: 0xff0000, linewidth: 2});

// 创建 Line 对象，将几何体和材质传递进去
const  line = new THREE.Line(geometry, material);

scene.add(line);
//--------------- 创建线的代码结束 --------------------------

显示结果：

(3) 创建平面（Plane）

使用 THREE.PlaneGeometry用来创建平面，两个参数分别是宽、高，示例代码如下：

//------------- 下面是创建一个面的代码 -----------------------
// 创建 geometry 
const geometry = new THREE.PlaneGeometry(10,20);
// 使用 THGREE.DoubleSide 来确保平面的两面都可见
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xffff00, side:THREE.DoubleSide});
const plane = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(plane);
//--------------- 创建面的代码结束 --------------------------

2.1.3.1 平面的属性

• geometry： 表示几何体
• material： 平面的材质
• posotion： 平面在三维空间中的位置
• rotation：平面的旋转角度
• scale：平面的缩放比例
• visible：平面是否可见

2.1.3.2 平面的变换方法

• translateX / translateY / translateZ：沿x/y/z平移平面
• rotateX / rotateY / rotateZ：绕轴旋转平面
• scale.setX / scale.setY / scale.setZ ：分别沿轴缩放平面
• lookAt：让平面朝向目标点

lookAt示例：

//------------- 下面是创建一个面的代码 -----------------------
// 创建 geometry 
const geometry = new THREE.PlaneGeometry(10,20);
// 使用 THGREE.DoubleSide 来确保平面的两面都可见
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xffff00, side:THREE.DoubleSide});
const plane = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(plane);

const target=new THREE.Vector3(20,20,20);
plane.lookAt(target);
//--------------- 创建面的代码结束 --------------------------

2. 三维几何体

(1) 立方体（Cube）

2.2.1.1 立方体的创建

可以使用 THREE.BoxGeometry 或 THREE.BoxBufferGeometry 来创建立方体的几何体，并通过 THREE.Mesh 将几何体和材质结合成一个立方体对象。

创建立方体示例：

//------------- 下面是创建一个立方体的代码 -----------------------
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);
//--------------- 创建立方体的代码结束 --------------------------

2.2.1.2 立方体的变换方法

• position：立方体的位置 ，cube.position.set(x,y,z)设置位置；
• rotation：旋转立方体，如 cube.rotation.x = Math.PI/4；
• scale：缩放立方体
  这几个变换方法可以对某个坐标轴单个设置，也可以使用set方法一起设置。

代码示例：

// 变换立方体
cube.position.x = 2;
cube.position.y = 3;
cube.rotation.x = 0.5;
cube.rotation.y = 0.5;
cube.rotation.z = 0.5;
cube.scale.set(2,3,4);

3. 球体（SphereGeometry）

创建球体的示例：

//------------- 下面是创建一个球体的代码 -----------------------
// 创建一个球体几何对象
const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 30, 30);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 }); // 材质对象Material
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material); // 网格模型对象Mesh
scene.add(sphere); // 网格模型添加到场景中
//--------------- 创建球体的代码结束 --------------------------

4. 圆柱体（CylinderGeometry）

//------------- 下面是创建一个圆柱体的代码 -----------------------
// 创建圆柱体的几何体，参数分别为底部半径、顶部半径、高度、径向分段数、高度分段数
const geometry = new THREE.CylinderGeometry(1, 1, 2, 32, 32);
// 创建圆柱体的基础材质，可以设置颜色、纹理等属性
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });

// 用几何体和材质创建 Mesh 对象
const cylinder = new THREE.Mesh(geometry, material);
// 将 Mesh 对象添加到场景
scene.add(cylinder);

//--------------- 创建圆柱体的代码结束 --------------------------

三、创建复杂几何体

1. 多面体（PolyhedronGeometry）

创建步骤：

1. 创建一个多面体，先创建多面体顶点；
2. 然后定义多面体的面，它表示顶点的索引；
3. 然后定义多面体半径。

下面是示例代码，为了方便查看多面体的结构，这个示例引入了交互控制器：

// 引入Three.js库的全部功能，并将其命名为THREE
import * as THREE from 'three';
// 引入交互控制器
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js';

// 创建一个场景
const scene = new THREE.Scene();

// 创建一个透视相机，参数分别为视野角度、视口宽高比、近端距离、远端距离
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);

// 创建一个WebGL渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();

// 设置渲染器的大小为窗口的宽度和高度
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

// 将渲染器的canvas元素添加到HTML文档中的body标签中
document.body.appendChild(renderer.domElement);


//------------- 下面是创建多面体的代码 -----------------------
// 定义多面体的顶点坐标
const vertices = [
    -1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1,
    -1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, 1,
    1, 1, 1, -1, 1, 1
];

// 定义多面体的面，表示顶点索引
const indices = [
    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
    8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
];

// 定义多面体的半径
const radius = 1;

// 创建多面体的几何体
const geometry = new THREE.PolyhedronGeometry(vertices, indices, radius, 0);
// 创建多面体的基础材质，可以设置颜色、纹理等属性
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
// 用几何体和材质创建 Mesh 对象
const polyhedron = new THREE.Mesh(geometry, material);

// 将 Mesh 对象添加到场景
scene.add(polyhedron);

//--------------- 创建多面体的代码结束 --------------------------


camera.position.z = 10;

const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 创建一个动画函数
function animate() {
    // 请求下一帧动画
    requestAnimationFrame(animate);

    // 更新 OrbitControls
    controls.update();

    // 渲染场景
    renderer.render(scene, camera);
}

// 调用animate函数开始渲染循环
animate();

运行效果：

2. 文字几何体（TextGeometry）

3.2.1 创建文字几何体

使用 THREE.TextGeometry来创建文字几何体。示例如下：

// 引入Three.js库的全部功能，并将其命名为THREE
import * as THREE from 'three';
// 引入交互控制器
import {OrbitControls} from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js';
import {FontLoader} from 'three/addons/loaders/FontLoader.js';
import {TextGeometry} from 'three/examples/jsm/geometries/TextGeometry.js'; // to step 11


// 创建一个场景
const scene = new THREE.Scene();

// 创建一个透视相机，参数分别为视野角度、视口宽高比、近端距离、远端距离
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);

// 创建一个WebGL渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();

// 设置渲染器的大小为窗口的宽度和高度
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

// 将渲染器的canvas元素添加到HTML文档中的body标签中
document.body.appendChild(renderer.domElement);


//------------- 下面是文字几何体的代码 -----------------------
// 创建内置字体加载器
const fontLoader = new FontLoader();

// 加载 Three.js 内置的字体
fontLoader.load('https://threejsfundamentals.org/threejs/resources/threejs/fonts/helvetiker_regular.typeface.json', function (font) {
    console.info('成功加载字体')
    // 调用创建文字几何体的函数，传入加载的内置字体
    const textGeometry = new TextGeometry('Hello three.js!',
        {
            font: font,
            size: 1,
            height: 0.1,
            curveSegments: 20
        });
    const textMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({
        color:
            0xF00000
    });
    const textMesh = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial);
    scene.add(textMesh);

// 调用animate函数开始渲染循环
    animate();

});

//--------------- 创建文字几何体代码结束 --------------------------


camera.position.z = 10;

const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);

// 创建一个动画函数
function animate() {
    // 请求下一帧动画
    requestAnimationFrame(animate);

    // 更新 OrbitControls
    controls.update();

    // 渲染场景
    renderer.render(scene, camera);
}

运行效果：

3.2.2 生成字体的json文件

使用网站 ： https://gero3.github.io/facetype.js/
可以在线生成字体的json文件，注意要上传ttf格式的字体文件。