Three.js 学习笔记之模型(学习中1.17更新)

模型 = 几何体 + 材质

注意点1：Three.js的材质默认正面可见、背面不可见
解决办法：材质配置对象中设置side属性

side取值	描述
THREE.FrontSide	只有正面可见
THREE.DoubleSide	两面可见
THREE.BackSide	设置只有背面可见

模型

点模型Points - 用于显示点

语法：new Points( geometry : BufferGeometry, material : Material )

• geometry 几何体对象(可选)，BufferGeometry的实例，默认值是一个新的BufferGeometry。
• material 材质对象(可选)，默认值为PointsMaterial。

描述：一个用于显示点的类，将几何体geometry渲染成点。

线模型Line | LineLoop | LineSegments

语法：new Line( geometry : BufferGeometry, material : Material )

• geometry 线段的顶点，默认值是一个新的BufferGeometry。
• material 线的材质，默认值是一个新的且随机颜色的LineBasicMaterial。

线模型	绘制线条的规则
Line	从第一个点开始到最后一个点，依次连成线 不闭合
LineLoop	从第一个点开始到最后一个点，依次连成线，并将最后一个顶点连回第一个顶点 闭合
LineSegments	从第一个点开始，第一个点连接第二个点，第三个点连接第四个点…有n个点，就有n/2条线 间断

网格模型mesh - 三角形

本质：一个一个三角形拼接
说明：几何体所有顶点坐标三个为一组，构成一个三角形，多组顶点构成多个三角形，用来模拟物体的表面。

三角形的正反面
三个点可以构成一个三角形，从第一个点往第三个点连接

• 正面：相机对着面，连接的顺序是逆时针
• 反面：相机对着面，连接的顺序是顺时针

几何体BufferGeometry

常见几何体可以看成是封装后的BufferGeometry

缓冲类型几何体BufferGeometry - 没有任何形状的空几何体

描述：BufferGeometry是一个没有任何形状的空几何体，通过定义顶点数据将BufferGeometry自定义为任何几何形状。每个几何体可以看作是由多个顶点构成的图案。

BufferGeometry实例的属性与方法

属性名/方法	描述
index:BufferAttribute	绑定几何体的顶点索引，每个三角形都绑定了三个顶点的索引。 允许顶点坐标在三角形中复用。
attributes : Object	存储该几何体相关属性的hashmap (这里直接打印看不见里面的属性) 可以通过 几何体.setAttribute 和 几何体.getAttribute 添加和访问与当前几何体相关的属性。

BufferGeometry实例attributes的方法

属性名/方法	描述
position：BufferAttribute	绑定几何体的顶点坐标，每个顶点绑定三个坐标值(xyz)
normal

案例
1.使用 THREE.BufferGeometry创建一个空的几何体对象

const geometry = new THREE.BufferGeometry(); 

2.利用Float32Array定义顶点数据，使用属性缓冲区对象BufferAttribute表示threejs几何体顶点数据。

通过javascript类型化数组Float32Array创建一组xyz坐标数据用来表示几何体的顶点坐标。

//类型化数组创建顶点数据
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标
    50, 0, 0, //顶点2坐标
    0, 100, 0, //顶点3坐标
    0, 0, 10, //顶点4坐标
    0, 0, 100, //顶点5坐标
    50, 0, 10, //顶点6坐标
]);
// 创建属性缓冲区对象,3个为一组，表示一个顶点的xyz坐标
const attribue = new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);

3.设置几何体的定点.attributes.position

// 设置几何体attributes属性的位置属性
geometry.attributes.position = attribue;

4.渲染顶点

4.1使用点模型渲染顶点数据，会把几何体渲染为点，网格模型Mesh会把几何体渲染为面。

// 点渲染模式
const material = new THREE.PointsMaterial({
    color: 0xffff00,
    size: 10.0 //点对象像素尺寸
}); 
const points = new THREE.Points(geometry, material); //点模型对象

4.2使用线模型渲染顶点数据，从第一个点开始到最后一个点，依次连成线。

// 线材质对象
const material = new THREE.LineBasicMaterial({
    color: 0xff0000 //线条颜色
}); 
// 创建线模型对象
const line = new THREE.Line(geometry, material);

4.3用网格模型渲染顶点

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    side: THREE.DoubleSide, //两面可见
});

创建几何体的方式

• 直接利用顶点数据，每一个点对应一个坐标
  • new Float32Array构造坐标数组 | 32位的浮点数型数组
  • THREE.BufferAttribute(坐标数组,3) 每三个坐标为一组，构建顶点坐标。顶点的个数等于组数
  • 赋值给geometry.attributes.position
• 利用顶点索引，多个顶点可以利用同一个坐标
  • new Float32Array构造坐标数组
  • THREE.BufferAttribute(坐标数组,3) 每三个坐标为一组，构建顶点坐标。
  • new Uint16Array 构造索引顶点数组，顶点的个数需要和索引的个数一样 | 16 位无符号整数
  • geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexes, 1) 通过索引去坐标数组中取顶点坐标

案例: 构建一个矩形平面几何体 - 通过顶点数据
顶点坐标：一个矩形平面，可以至少通过两个三角形拼接而成。
三角形方向：两个三角形的正面需要保持一致

const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标
    80, 0, 0, //顶点2坐标
    80, 80, 0, //顶点3坐标

    0, 0, 0, //顶点4坐标   和顶点1位置相同
    80, 80, 0, //顶点5坐标  和顶点3位置相同
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);
const attribue = new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
geometry.attributes.position = attribue;

几何体顶点索引数据 - 通过顶点索引
在上述案例中，坐标4和坐标5其实是重复的坐标，重复的坐标可以复用吗？

// 删除重复的坐标
const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标 | 索引0
    80, 0, 0, //顶点2坐标 4坐标 | 索引1
    80, 80, 0, //顶点3坐标 5坐标 | 索引2
    0, 80, 0, //顶点6坐标 | 索引3
]);

// Uint16Array类型数组创建顶点索引数据
const indexs = new Uint16Array([
    // 下面索引值对应顶点位置数据中的顶点坐标
    0, 1, 2, 0, 2, 3,
])

// 索引数据赋值给几何体的index属性 1个为1组
geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1); 

BufferAttribute Types

在 three.js 中一共有 9 种 BufferAttribute,每种和 JavaScript 中的类型相对应Typed Arrays。使用new创建BufferAttribute对象时，传入数组是什么内省，生成的BufferAttribute就是什么类型

BufferAttribute 类型	对应的JS数组类型
THREE.Float64BufferAttribute	Float64Array
THREE.Uint32BufferAttribute	Uint32Array
THREE.Int32BufferAttribute	Int32Array
THREE.Uint16BufferAttribute	Uint16Array
THREE.Int16BufferAttribute	Int16Array
THREE.Uint8ClampedBufferAttribute	Uint8ClampedArray
THREE.Uint8BufferAttribute	Uint8Array
THREE.Int8BufferAttribute	Int8Array

定义顶点法线 geometry.attributes.normal

数学上法线的概念
一个平面，法线的就是改平面的垂线，如果是光滑曲面，一点的法线就是该点切面的法线。

Three.js中法线是通过顶点定义，默认情况下，每个顶点都有一个法线数据。

无顶点索引的使用方式

const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标
    80, 0, 0, //顶点2坐标
    80, 80, 0, //顶点3坐标
    0, 0, 0, //顶点4坐标
    80, 80, 0, //顶点5坐标
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);
geometry.attributes.position =new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
    color: 0xff0000, //线条颜色
    side: THREE.DoubleSide
}); 
// 矩形平面，无索引，两个三角形，6个顶点
// 每个顶点的法线数据和顶点位置数据一一对应
const normals = new Float32Array([
    0, 0, 1, //顶点1法线( 法向量 )
    0, 0, 1, //顶点2法线
    0, 0, 1, //顶点3法线
    0, 0, 1, //顶点4法线
    0, 0, 1, //顶点5法线
    0, 0, 1, //顶点6法线
]);
// 设置几何体的顶点法线属性.attributes.normal
geometry.attributes.normal = new THREE.BufferAttribute(normals, 3); 

有顶点索引的使用方式

const vertices = new Float32Array([
    0, 0, 0, //顶点1坐标 顶点4坐标
    80, 0, 0, //顶点2坐标
    80, 80, 0, //顶点3坐标 顶点5坐标
    0, 80, 0, //顶点6坐标
]);
geometry.attributes.position =new THREE.BufferAttribute(vertices, 3);
// 矩形平面，有索引，两个三角形，有2个顶点重合，有4个顶点
// Uint16Array类型数组创建顶点索引数据
const indexs = new Uint16Array([
    // 下面索引值对应顶点位置数据中的顶点坐标
    0, 1, 2, 0, 2, 3,
])
geometry.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1); 
// 每个顶点的法线数据和顶点位置数据一一对应
const normals = new Float32Array([
    0, 0, 1, //顶点1法线( 法向量 )
    0, 0, 1, //顶点2法线
    0, 0, 1, //顶点3法线
    0, 0, 1, //顶点4法线
]);
// 设置几何体的顶点法线属性.attributes.normal
geometry.attributes.normal = new THREE.BufferAttribute(normals, 3);

材质 Material

点材质PointsMaterial - Points使用的默认材质

语法：new PointsMaterial( parameters : Object )

实例的属性和方法

属性/方法	描述
size:Number	设置点的大小，默认值为1.0。
color:Color	材质的颜色，默认值为白色 (0xffffff)。

网格材质

使用收光照影响的材质时，如果没有光照默认是黑色的(renderer画布设置了颜色可以看出)

MeshLamberMaterial

对光照的反射为漫反射：光线向四周反射。

高光网格材质 MeshPhongMaterial

• 语法:new MeshPhongMaterial( parameters : Object )
  参数对象的属性 = 自有属性 + Material基类继承的属性
• 对光照的反射为镜面反射：想象一面镜子的反射，如果刚好反射光对眼睛，会非常刺眼（某个局部区域高亮，像擦了高光）

注意：AmbientLight环境光没有方向，整体改变场景的光照。所以只有环境光的，高光效果会失效。

MeshPhongMaterial高光网格材质配置参数的自有属性

属性名	属性描述
shininess	高亮的程度，越高的值越闪亮，默认30
specular	高光颜色，默认为0x111111灰色