关于three.js:Threejs实现穿越云层动效

上文说到，我对《你的性情主导色》流动中最感兴趣的局部就是通过 Three.js 实现穿梭云层动效了，据作者说每朵云呈现的地位都是随机的，成果很好，下图是我实现的版本。

在线 Demo

首先说下实现穿梭云层动效的基本思路：

沿着 Z 轴平均的放一堆 64*64 的立体图形，这些立体的 X 坐标和 Y 坐标是随机的（很像下图的桶装薯片）
把下面的所有图形合并成一个大的图形
把大的图形和贴片材质（云）生成网格，网格放进场景中
动效就是将相机从远处沿着 Z 轴迟缓挪动，就会有了穿梭云层的成果

首先官网文档提供了一个创立一个场景的疾速开始，浏览后能够对上面的内容更好的了解。

上面介绍下 Three.js 中的基本概念。仅限我这老手的了解。有讲的好的文档或者分享，欢送帮忙指个路。

场景就是一块空间，用来装下咱们想要渲染的内容。最简略的用途就是，场景能够增加一个网格，而后渲染进去。

// 初始化场景
var scene = new THREE.Scene();

// 其余代码...
// 把物体增加进场景
scene.add(mesh);
// 渲染场景
renderer.render(scene, camera);

这里说下场景中的坐标规定：原点是 canvas 的立体核心，Z 轴垂直于 X、Y 轴，正向是冲着咱们的，我这里把 Z 轴的线做了些旋转，不然咱们看不到，如下图：

代码：

const scene = new THREE.Scene();

var camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
camera.position.set(0, 0, 100);

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

// 线段 1，红色的，从原点到 X 轴 40
const points = [];
points.push(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
points.push(new THREE.Vector3(40, 0, 0));
const geometry1 = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
var material1 = new THREE.LineBasicMaterial({color: 'red'});
var line1 = new THREE.Line(geometry1, material1);

// 线段 2，蓝色的，从原点到 Y 轴 40
points.length = 0;
points.push(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
points.push(new THREE.Vector3(0, 40, 0));
const geometry2 = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
var material2 = new THREE.LineBasicMaterial({color: 'blue'});
var line2 = new THREE.Line(geometry2, material2);

// 线段 3，绿色的，从原点到 Z 轴 40
points.length = 0;
points.push(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
points.push(new THREE.Vector3(0, 0, 40));
const geometry3 = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
var material3 = new THREE.LineBasicMaterial({color: 'green'});
var line3 = new THREE.Line(geometry3, material3);
// 做了个旋转，不然看不到 Z 轴上的线
line3.rotateX(Math.PI / 8);
line3.rotateY(-Math.PI / 8);

scene.add(line1, line2, line3);

renderer.render(scene, camera);

场景内的物体要想被咱们看见，也就是渲染进去，须要相机去“看”，通过下面的坐标系图，咱们晓得同一个物体，相机察看的角度不同，必定也会呈现出不一样的画面。最罕用的就是这里用的透视相机，能够穿透物体，用在这里正好穿透云层，成果拔群。

// 初始化相机
camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, pageWidth / pageHeight, 1, 1000);

// 最初，场景和相机一起渲染进去，咱们就可能看到场景中的物体了
renderer.render(scene, camera);

材质很好了解，在最后的例子中，应用 MeshBasicMaterial 给立方体增加了色彩。材质的应用形式是，将材质和图形独特生成一个网格，咱们这里应用的是比较复杂的贴图材质。

// 贴图材质
const material = new THREE.ShaderMaterial({
  // 这里的值是给着色器传递的
  uniforms: {
    map: {
      type: 't',
      value: texture
    },
    fogColor: {
      type: 'c',
      value: fog.color
    },
    fogNear: {
      type: 'f',
      value: fog.near
    },
    fogFar: {
      type: 'f',
      value: fog.far
    }
  },
  vertexShader: vShader,
  fragmentShader: fShader,
  transparent: true
});

Three.js默认提供了很多的几何体图形，也就是各种Geometry，他们的基类是BufferGeometry。

图形能够进行合并，像这里就是 clone 了很多个一样的立体图形，通过批改各自的地位，生成合并后造成一大片云的成果。

最后我认为图形和网格是一个概念，起初晓得了，材质和图形能够生成网格，网格能够放进场景中。

// 把下面合并进去的形态和材质，生成一个网格
mesh = new THREE.Mesh(mergedGeometry, material);

将场景和相机渲染到指标元素上，会生成一个canvas，如果是一个动态的场景，那么渲染结束就能够了。然而如果是一个会动的场景，这里须要用到一个原生函数requestAnimationFrame。

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

下面的代码是一个渲染循环，在个别屏幕上的频率是 60HZ，在高刷屏幕上会增长刷新频率，也就是会给用户良好的刷新体验，不须要咱们本人应用 setInterval 去管制。并且当用户切换到其它的标签页时，它会暂停刷新，不会节约用户贵重的处理器资源，也不会损耗电池的使用寿命。

过程其实很有意思，也很波折。

扒下来了《你的性情主导色》流动的前端代码，然而云层动效相干有很多代码压缩过了，看不懂。

怎么办？而后我就去 three.js 找官网的例子去，找了半天只找到一个下图这样的：

起初通过各种搜寻，终于在 three.js 的讨论区发现了这种穿梭云层的特效，是 three.js 的作者很久之前写的例子。

把云层动效源码拿到手当前，我比照后感觉 imyzf 同学应该也是从这个例子中借鉴了一下。

我发现源码中的 three.js 的版本有一些落后，源码中的版本是 55，最新的是 131 版本，版本差距有点大，曾经没有了下面的一些类和 API，上面介绍下不同的局部：

首先就是这个类在最新版没有了，这个类是用来将很多个立体图形，合并为一个图形。察看上面的代码，55 的版本是学生成一个 Geometry，而后生成一个立体网格，调整网格的坐标后，把网格和Geometry 合并（这里有点不懂了，图形怎么和网格合并，而且是同一个网格，我猜是在合并的时候新生成了一个网格）。

// 初始化一个根底的图形
geometry = new THREE.Geometry();
// 初始化一个 64*64 的立体
var plane = new THREE.Mesh(new THREE.PlaneGeometry(64, 64));

for (var i = 0; i < 8000; i++) {
  // 调整立体图案的地位和旋转角度等
  plane.position.x = Math.random() * 1000 - 500;
  plane.position.y = -Math.random() * Math.random() * 200 - 15;
  plane.position.z = i;
  plane.rotation.z = Math.random() * Math.PI;
  plane.scale.x = plane.scale.y = Math.random() * Math.random() * 1.5 + 0.5;
  // 立体合并到根底图形
  THREE.GeometryUtils.merge(geometry, plane);
}

查问最新文档后，发现所有图形的基类 BufferGeometry 提供 clone 办法，立体图形天然也能够被 clone 进去。

// 一个立体形态
const geometry = new THREE.PlaneGeometry(64, 64);
const geometries = [];

for (var i = 0; i < CloudCount; i++) {const instanceGeometry = geometry.clone();

  // 把这个克隆进去的云，通过随机参数，做一些位移，达到一堆云彩的成果，每次渲染进去的云堆都不一样
  // X 轴偏移后，通过调整相机地位达到均衡
  // Y 轴想把云彩放在场景的偏下地位，所以都是负值
  // Z 轴位移就是：以后第几个云 * 每个云所占的 Z 轴长度
  instanceGeometry.translate(Math.random() * RandomPositionX, -Math.random() * RandomPositionY, i * perCloudZ);

  geometries.push(instanceGeometry);
}

// 把这些形态合并
const mergedGeometry = BufferGeometryUtils.mergeBufferGeometries(geometries);

旧代码码中有一个这样的 API，这是一个很重要的 API，目标就是合并图形和网格，生成一片云，最新版的 three.js 曾经没有了。

// 合并所有的立体图形到一个根底图形
THREE.GeometryUtils.merge(geometry, plane);

通过查问最新版的文档，发现了能够将一组图形进行合并，集体感觉比下面的好一些，语义上好很多。下面的代码是反复的把同一个立体合并到一个根底图形下面，上面是把这一组立体合成为一个新的立体。

// 把这些形态合并
const mergedGeometry = BufferGeometryUtils.mergeBufferGeometries(geometries);

着色器代码逻辑我是齐全的没有批改，GLSL(OpenGL 着色语言 OpenGL Shading Language)，原来的着色器代码是写在 <script> 元素标签里的，这和咱们的工程化我的项目不合乎。

// 原来的
<script id="vs" type="x-shader/x-vertex">
  varying vec2 vUv;
  void main()
  {
      vUv = uv;
      gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
  }
</script>

<script id="fs" type="x-shader/x-fragment">
   uniform sampler2D map;
   uniform vec3 fogColor;
   uniform float fogNear;
   uniform float fogFar;
   varying vec2 vUv;
   void main()
   {
       float depth = gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w;
       float fogFactor = smoothstep(fogNear, fogFar, depth);
       gl_FragColor = texture2D(map, vUv);
       gl_FragColor.w *= pow(gl_FragCoord.z, 20.0);
       gl_FragColor = mix(gl_FragColor, vec4( fogColor, gl_FragColor.w), fogFactor );
  }
</script>

起初找了几个中央才晓得能够工夫应用字符串代替：

const vShader = `
    varying vec2 vUv;
    void main()
    {
      vUv = uv;
      gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    }
  `;

顶点着色器和片元着色器代码，我目前是真的不懂，先抄为敬。

最初放上源码，感兴趣的同学能够看一下，欢送 Star 和提出倡议。

场景

相机

材质

图形和网格

渲染

揭秘过程

THREE.Geometry

GeometryUtils.merge

着色器

源码