WebGL three.js学习笔记 加载外部模型以及Tween.js动画

WebGL three.js学习笔记 加载外部模型以及Tween.js动画

本文的程序实现了加载外部stl格式的模型，以及学习了如何把加载的模型变为一个粒子系统，并使用Tween.js对该粒子系统进行动画设置

模型动画demo演示(网页加载速度可能会比较慢)

demo地址：https://nsytsqdtn.github.io/demo/naval_craft/naval_craft

demo截图如下：

原模型截图：

在我们写three.js的网页的时候，大多时候并不需要我们去手动建立模型，一些复杂的模型都是通过建模软件去完成，所以在这里去学习如何去将外部的模型加载到我们的网页中来。

three.js支持导入的模型有很多，包括我们常见的OBJ、FBX、STL、PLY、JSON等等格式，在这个程序中，我选择了使用STL模型来进行学习。

.stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式，常用于3d打印技术使用，因为STL格式的文件在网上可以免费不用注册的下载，比较方便。这里推荐一个还不错的网站，http://www.3dhoo.com/model ，里面有很多免费直接下载STL格式的模型。

加载外部模型

在three.js中，我们要加载外部模型，就需要引入相应的js文件。比如我需要引入STL格式的文件，我就引入“three.js\examples\js\loaders\STLLoader.js”，其他格式的js文件在loaders文件夹也都能找到，如果是three.js没有支持导入的模型格式，就需要自己写一个加载器，网上也有许多的教程。

引入相应js文件以后，我们首先要做的事创建一个加载器。

let loader = new THREE.STLLoader();//创建stl的加载器，用加载器来加载stl模型

我们要使用该加载器加载模型，就需要调用loader .load(filename,onSuccess(bufferGeometry),onProgress(xhr),onError(error))这个方法
其中：
filename是模型的路径
onSuccess(bufferGeometry)是加载成功后回调处理(参数为生成的模型的几何体)，

注意：这里的几何体不是我们常用的geometry，而是bufferGeometry，它和geometry还是有一些的区别，但是也都可以作为THREE.Mesh（）的第一个参数穿进去。具体可以进行百度。

onProgress(xhr)是加载过程中回调处理(xhr对象属性可计算出已完成加载百分比)
onError(error)是失败回调处理方法
一般我们只需要使用前两个参数就可以完成工作。

let loader = new THREE.STLLoader();//创建stl的加载器，用加载器来加载stl模型
let loader.load("../../../asset/ship.stl", function (bufferGeometry) {//加载模型的方法，
//第一个参数是模型的路径，第二个参数时候我们定义的回调函数，一旦模型加载成功，回调函数就会被调用
let material = new THREE.MeshBasicMaterial();
let mesh = new THREE.Mesh(bufferGeometry,material);
scene.add(mesh);
}

一般只需要这样写回调函数，模型就可以成功加载。
但我在这里想根据该模型去创建一个粒子系统，像本文开头的那样，所以我们需要改一下代码。

        let loader = new THREE.STLLoader();//创建stl的加载器，用加载器来加载stl模型
        group = new THREE.Object3D();
        loader.load("../../../asset/ship.stl", function (bufferGeometry) {//加载模型的方法，第一个参数是模型的路径，第二个参数时候我们定义的回调函数，一旦模型加载成功，回调函数就会被调用
            let geometry = new THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry);//stl模型加载到js里就会变成bufferGeometry类型，我们先用一个方法把它变成Geometry类型
            loadGeometry = geometry.clone();//创建该geometry的克隆体，后面会用到
            let material = new THREE.PointsMaterial({//点云的材质
                color: 0xffffff,
                transparent: true,
                opacity: 1,
                size: 0.5,//可自由修改看看效果
                blending: THREE.AdditiveBlending,
                map: generateSprite()//自定义画布图案来充当每一个粒子的材质
            });
            //创建点云，以及设置它的位置及旋转角度，调整到最好看的地方
            group = new THREE.Points(geometry, material);
            group.sortParticles = true;
            group.position.set(0,0,0);
            group.position.x -=70;
            group.rotation.x = Math.PI*3/2;

其中：
我们使用THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry)函数把bufferGeometry类型改为geometry类型，因为该类型我们更加熟悉，后面使用起来也比较方便。

generateSprite()函数是在之前的文章也介绍过的，创建一个颜色渐变的画布，来充当粒子系统纹理，这里就不再赘述了。具体代码如下：

//自定义渐变颜色的画布，前面的文章有介绍，这个方法在写three.js程序很常用
    function generateSprite() {

        var canvas = document.createElement('canvas');
        canvas.width = 16;
        canvas.height = 16;

        var context = canvas.getContext('2d');
        var gradient = context.createRadialGradient(canvas.width / 2, canvas.height / 2, 0, canvas.width / 2, canvas.height / 2, canvas.width / 2);
        gradient.addColorStop(0, 'rgba(255,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.2, 'rgba(0,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.4, 'rgba(0,0,255,1)');
        gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,1)');

        context.fillStyle = gradient;
        context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

        var texture = new THREE.Texture(canvas);
        texture.needsUpdate = true;
        return texture;
    }

Tween.js动画

tweenjs 是使用 JavaScript 中的一个简单的补间动画库，支持数字、对象的属性和 CSS 样式属性的赋值。
tweenjs 以平滑的方式修改元素的属性值，需要传递给 tween 要修改的值、动画结束时的最终值和动画花费时间，之后 tween 引擎就可以计算从开始动画点到结束动画点之间值，从而产生平滑的动画效果。

我们首先需要引入tween.js文件，该文件的路径是“three.js\examples\js\libs\tween.min.js”，也可以直接百度搜索tween.js去下载。
具体的用法是：

let posSrc = {pos: 0};//创建一个posSrc的对象，该对象里面有pos的属性，并初始化该属性为0
let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//创建tween的补间动画，使posSrc中的pos属性的值在5000ms内从0到1变化
tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果

我们创建了TWEEN.Tween对象，这个对象会确保x属性值在5000毫秒内从0变化到1。通过Tweenjs,你还可以指定属性值是如何变化的，是线性的、指数性的，还是其他任何可能的方式。属性值在指定时间内的变化被称为easing(缓动)，在Tween.js中你可以使用easing()方法来配置缓动效果。我们还可以创建更多的TWEEN.Tween对象，并使用chain(TWEEN.Tween)函数链接多个补间动画。

我们还需要一个update的函数，在每次更新补间的时候，都可以去更新每个粒子的位置，来实现的动画效果。

            let posSrc = {pos: 0};//创建一个posSrc的对象，该对象里面有pos的属性
            //并初始化该属性为0
            let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//创建tween的补间动画
            //使posSrc中的pos属性的值在5000ms内从0到1变化
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            let tweenStand = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 2000);//让动画在pos的值
            //变为1后停止一段时间，方便我们观察，所以再创建一个tween，让pos从1到1（即不变）
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            let tweenBack = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 0}, 5000);//创建tweenBack的
            //补间动画，和初始相反，使posSrc中的pos属性的值在5000ms内从1到0变化
            tweenBack.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            //每一个补间动画之间使用chain()连接起来
            tween.chain(tweenStand);
            tweenStand.chain(tweenBack);
            tweenBack.chain(tween);

            //在补间的过程中，让所有的粒子开始移动
            let onUpdate = function () {
                let pos = posSrc.pos;//定义一个pos，赋值为posSrc对象的pos属性
                let count = 0;
                loadGeometry.vertices.forEach(function (e) {//遍历每个顶点
                //这里需要遍历刚刚克隆的geometry
                //（暂时不是很明白这点，反正如果遍历group.geometry.vertices
                //动画系统会让整个物体一起移动，没有伸展开来的效果）。
                    var newZ = e.z * pos;//得到新的Z值，根据当前的pos值去改变
                    group.geometry.vertices[count++].set(e.x, e.y, newZ);//设置每个顶点的位置
                    //group.geometry.vertices是数组类型，所以用count作为索引
                    group.geometry.verticesNeedUpdate = true;//重要，不然会没有动画效果
                });
                group.sortParticles = true;
            };
            //tween在每次更新后会执行tween.onUpdate()函数
            //里面的参数就是我们自定义要让它如果去运动的函数，即上面写的onUpdate
            tween.onUpdate(onUpdate);
            tweenStand.onUpdate(onUpdate);
            tweenBack.onUpdate(onUpdate);

            tween.start();//开启tween

在这段代码中，我们创建了三个个补间: tween、tweenStand、tweenBack。第一个补间定义了position属性如何从1过渡到0,第三个刚好相反，第二个是让动画暂时停下。通过chain(方法可以将这三个补间衔接起来，这样当动画启动之后，程序就会在这三个补间循环。代码最后定义的是onUpdate()方法，这个方法遍历粒子系统中的所有顶点，并使用补间(this.pos)提供的位置更新顶点的位置。

补间动画需要在模型加载完成后就启动，所以我们在下面的函数末尾调用tween.start()方法:

如果之前没有把bufferGeometry转化为Geometry类型，要去更改每个顶点的位置会变得比较麻烦。

最后还需要告知three.js什么时候刷新所有的补间动画，所以在render()函数里加上TWEEN.update();

 function render() {
        TWEEN.update();//通知TWEEN在什么时候去刷新补间动画，重要，否则会没有动画
        //性能监控器的更新
        stats.update();
        renderer.clear();
        requestAnimationFrame(render);
        renderer.render(scene, camera);
    }

到了这里，程序的大体就已经完成，剩下的就是创建场景，摄像机，渲染器等等东西以及调整模型的位置。这里不再赘述。

完整的代码如下:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Naval Craft Sprite</title>
    <script src="../../import/three.js"></script>
    <script src="../../import/stats.js"></script>
    <script src="../../import/Setting.js"></script>
    <script src="../../import/OrbitControls.js"></script>
    <script src="../../import/tween.min.js"></script>
    <script src="../../import/STLLoader.js"></script>
    <style type="text/css">
        div#WebGL-output {
            border: none;
            cursor: pointer;
            width: 100%;
            height: 850px;
            background-color: #333333;
        }
    </style>
</head>
<body onload="threeStart()">
<div id="WebGL-output"></div>
<script>
    let camera, renderer, scene,controller;
    function initThree() {
        //渲染器初始化
        renderer = new THREE.WebGLRenderer({
            antialias: true//抗锯齿开启
        });
        //设置渲染的大小
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        //设置渲染的颜色
        renderer.setClearColor(0x333333);
        renderer.shadowMapEnabled = true;//开启阴影的渲染
        renderer.shadowMapType = THREE.PCFSoftShadowMap;//设置阴影类型为柔和
        document.getElementById("WebGL-output").appendChild(renderer.domElement);//将渲染添加到div中

        //初始化摄像机，这里使用透视投影摄像机
        camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.01, 10000);
        camera.position.set(35, 35, 75);//相机的位置，自由调整
        camera.up.x = 0;//设置摄像机的上方向为哪个方向，这里定义摄像的上方为Y轴正方向
        camera.up.y = 1;
        camera.up.z = 0;
        //摄像机对准的地方
        camera.lookAt(0, 0, 0);

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

        //相机的移动
        controller = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
        //相机围绕旋转的目标，设置为原点
        controller.target = new THREE.Vector3(0, 0, 0);

    }

    let loadGeometry;
    let group;

    function initObject() {
        let loader = new THREE.STLLoader();//创建stl的加载器，用加载器来加载stl模型
        group = new THREE.Object3D();
        loader.load("../../asset/naval_craft.stl", function (bufferGeometry) {//加载模型的方法，第一个参数是模型的路径，第二个参数时候我们定义的回调函数，一旦模型加载成功，回调函数就会被调用
            let geometry = new THREE.Geometry().fromBufferGeometry(bufferGeometry);//stl模型加载到js里就会变成bufferGeometry类型，我们先用一个方法把它变成Geometry类型
            loadGeometry = geometry.clone();//创建该geometry的克隆体，后面会用到
            let material = new THREE.PointsMaterial({//点云的材质
                color: 0xffffff,
                transparent: true,
                opacity: 1,
                size: 0.5,//可自由修改看看效果
                blending: THREE.AdditiveBlending,
                map: generateSprite()//自定义画布图案来充当每一个粒子的材质
            });
            //创建点云，以及设置它的位置及旋转角度，调整到最好看的地方
            group = new THREE.Points(geometry, material);
            group.sortParticles = true;
            group.position.set(0,0,0);
            group.position.x -=70;
            group.rotation.x = Math.PI*3/2;

            let posSrc = {pos: 0};//创建一个posSrc的对象，该对象里面有pos的属性，并初始化该属性为0
            let tween = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 5000);//创建tween的补间动画，使posSrc中的pos属性的值在5000ms内从0到1变化
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            let tweenStand = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 1}, 2000);//让动画在pos的值变为1后停止一段时间，方便我们观察，所以再创建一个tween，让pos从1到1（即不变）
            tween.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            let tweenBack = new TWEEN.Tween(posSrc).to({pos: 0}, 5000);//创建tweenBack的补间动画，和初始相反，使posSrc中的pos属性的值在5000ms内从1到0变化
            tweenBack.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);//配置缓动效果
            //每一个补间动画之间使用chain()连接起来
            tween.chain(tweenStand);
            tweenStand.chain(tweenBack);
            tweenBack.chain(tween);

            //在补间的过程中，让所有的粒子开始移动
            let onUpdate = function () {
                let pos = posSrc.pos;//定义一个pos，赋值为posSrc对象的pos属性
                let count = 0;
                loadGeometry.vertices.forEach(function (e) {//遍历每个顶点，这里需要遍历刚刚克隆的geometry
                    var newZ = e.z * pos;//得到新的Z值，根据当前的pos值去改变
                    group.geometry.vertices[count++].set(e.x, e.y, newZ);//设置每个顶点的位置，group.geometry.vertices是数组类型，所以用count作为索引
                    group.geometry.verticesNeedUpdate = true;//重要，不然会没有动画效果
                });
                group.sortParticles = true;
            };
            //tween在每次更新后会执行tween.onUpdate()函数，里面的参数就是我们自定义要让它如果去运动的函数，即上面写的onUpdate
            tween.onUpdate(onUpdate);
            tweenStand.onUpdate(onUpdate);
            tweenBack.onUpdate(onUpdate);

            tween.start();//开启tween
            scene.add(group);
        });
    }

    //自定义渐变颜色的画布，前面的文章有介绍，这个方法在写three.js程序很常用
    function generateSprite() {

        var canvas = document.createElement('canvas');
        canvas.width = 16;
        canvas.height = 16;

        var context = canvas.getContext('2d');
        var gradient = context.createRadialGradient(canvas.width / 2, canvas.height / 2, 0, canvas.width / 2, canvas.height / 2, canvas.width / 2);
        gradient.addColorStop(0, 'rgba(255,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.2, 'rgba(0,255,255,1)');
        gradient.addColorStop(0.4, 'rgba(0,0,255,1)');
        gradient.addColorStop(1, 'rgba(0,0,0,1)');

        context.fillStyle = gradient;
        context.fillRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

        var texture = new THREE.Texture(canvas);
        texture.needsUpdate = true;
        return texture;

    }

    //渲染函数
    function render() {
        TWEEN.update();//通知TWEEN在什么时候去刷新补间动画，重要，否则会没有动画
        //性能监控器的更新
        stats.update();
        renderer.clear();
        requestAnimationFrame(render);
        renderer.render(scene, camera);
    }

    //功能函数
    function setting() {
        loadFullScreen();
        loadAutoScreen(camera, renderer);
        loadStats();
    }

    //运行主函数
    function threeStart() {
        initThree();
        initObject();
        setting();
        render();
    }
</script>
</body>
</html>