教你如何利用threejs对3D模型皮肤进行DIY

一步一步教你如何利用threejs加载gltf模型来实现DIY换肤功能。

模型准备

• 模型制作

  模型可以通过网上下载，也可以自己通过c4d、maya、blender等模型制作软件得到。这里就不叙述有关模型制作的问题，本文中会在blender进行模型的有关设置。

• 模型导出

  1、导出前设定

  为了在页面中方便后续的操作，在导出模型前，将模型的各个部件拆分好进行命名约定（本文以小车模型为例）具体如下图所示：
  
  图1
  
  2、导出模型格式选取

  threejs可以加载的模型有很多中，之前.ojb、.json、.FBX等格式都有讲过参我之前的文章从Maya中把模型搬运至网页的过程、首个threejs-3D项目，所以我这里选取官方推荐现在使用的格式.gltf、.glb。

  gltf与glb的区别： gltf文件类似与json格式而glb是以二进制流进行存储。

  3、模型导出

  在blender中直接有gltf格式导出的选项，如果没有特别的要求，按照默认配置导出就可以了。导出界面如下图所示：
  
  图2

场景建立

• 使用threejs建立一个场景

首先将需要的东西从threejs (r110) 中引入，然后进行建立场景四部曲：

  import {Scene, WebGLRenderer, PerspectiveCamera, Color} from 'three';

1、Scene

  let scene = new Scene();
  scene.background = new Color(0xB3CEFB);
  scene.fog = new Fog(scene.background, 1, 100);

2、Camera

  let camera = new PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000);
  camera.position.z = 15;

3、Render

  let renderer = new WebGLRenderer({
    alpha: true,
    antialias: true
  });
  renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);

4、Animate

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

然后就会看到一个蓝蓝的场景（因为设置了背景颜色）

加载模型

• GLTFLoader加载模型至场景

import { GLTFLoader } from 'three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader';

const loader = function () {
  let gltfLoader = new GLTFLoader();
  gltfLoader.load(
    'toycar.glb', // your .glb & .gltf
    gltf => {
      scene.add(gltf.scene);  // 添加至建立好的场景中

      // gltf.animations; // Array<THREE.AnimationClip>
      // gltf.scene; // THREE.Group
      // gltf.scenes; // Array<THREE.Group>
      // gltf.cameras; // Array<THREE.Camera>
      // gltf.asset; // Object
    },
    () => {
      // ..
    },
    (error) => {
      console.log(error);
    }
  )
}

GLTFLoader加载成功后会返回一个对象，其中scene.children中会包含所导出的所有部件。具体返回以及参数介绍可以查看参考文档。

添加至场景后可以看到一个漆黑的汽车，如下图所示：

图3

这是因为场景中没有光源的照射所以导致漆黑一片，只能看一个轮廓，所以我么需要在建立的场景中增加灯关。

• 添加灯光

threejs中灯光有很多中，这里我们添加DirectionalLight（平行光）HemisphereLight（半球光）

  import {
    DirectionalLight,
    DirectionalLightHelper,
    HemisphereLight,
    HemisphereLightHelper
  } from 'three';

  // Helper为灯关的辅助线方便调试

  let directionalLight = new DirectionalLight(0xffffff, 0.5);
  directionalLight.position.set(-4, 8, 4);
  let dhelper = new DirectionalLightHelper(directionalLight, 5, 0xff0000); 

  let hemisphereLight = new HemisphereLight(0xffffff, 0xffffff, 0.4);
  hemisphereLight.position.set(0, 8, 0);
  let hHelper = new HemisphereLightHelper(hemisphereLight, 5);

  scene.add(directionalLight);
  scene.add(hemisphereLight);

添加灯光后效果如图：

图4

• 阴影渲染

接着我们将设置模型的阴影显示，阴影显示需要光源和投射地（阴影显示的地方），现在我们已经有了光源差投射地，所以我们创建一个地板，让阴影投射至地板上，来达到想要的效果：

  // 制作一个地板
  import {PlaneGeometry, MeshPhongMaterial, Mesh} from 'three';

  let floorGeometry = new PlaneGeometry(5000, 5000, 1);
  let floorMaterial = new MeshPhongMaterial({
    color: 0x77F28F,
    shininess: 0,
    // wireframe: true
  });
  let floor = new Mesh(floorGeometry, floorMaterial);
  floor.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
  floor.position.y = -2.1;

  scene.add(floor);

现在我们可以看到一个绿色的地板出现在场景中，但是还是不见车子的阴影，这是因为我们还要对光源、渲染器、模型、地板进行设置才能显示阴影：

  // 首先渲染器开启阴影
  renderer.shadowMap.enabled = true;

  // 光源开启阴影
  directionalLight.castShadow = true;
  directionalLight.shadow.mapSize = new Vector2(1024, 1024);

  // 地板接受阴影开启
  floor.receiveShadow = true;

  // 模型Mesh开启阴影
  gltf.scene.traverse(obj => {
    if(obj.isMesh) {
    obj.castShadow = true;
    obj.receiveShadow = true;
    }
  })

这时候就可以看到小车的阴影渲染到绘制的地板上了，然后你可能会看到车身上有很多条纹状的黑线，这是因为在渲染阴影中产生了伪影，然后我们可以调节light.shadow.bias来解决

  directionalLight.shadow.bias = -0.001;  // value 自行调节

阴影渲染对比如下图所示：

图5

换肤功能

想要实现各个部件换肤功能，我们需要选中部件，修改选中部件材质来达到我们换肤的功能。

• 部件选中

选取部件其实比较简单，在场景中加入射线检测就可以了，实现如下：

  import {Vector2, Vector3, Raycaster} from 'three';

  let raycaster = new Raycaster();

  let mouse = new Vector2();

  document.body.addEventListener('click', selectHandler, false);

  const selectHandler = function (ev) {
    mouse.x = (ev.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
    mouse.y = -(ev.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;

    raycaster.setFromCamera(mouse, camera);

    // 这里我们只检测模型的选中情况
    let intersects = raycaster.intersectObjects(gltf.scene.children, true);

    if (intersects.length > 0) {
      let selectedObjects = intersects[0].object;
    }
  }

• 设置颜色或者纹理

现在我们得到部件，现在只需要修改材质颜色即可。

核心code如下：

let newMaterial = selectedObjects.material.clone();
newMaterial.color = new Color('#D3C542'); //重新修改颜色
selectedObjects.material = newMaterial;

如果需要用图片，那么更改方式更修改图片类似，先用TextureLoader()加载纹理图，然后设置material.map,最后更新material就可以了。

• 添加选中效果

这里想增加一个选中部件后，那个部件进行外发光的效果，让用户觉得自己是选中了这个部件。这个外发光的效果可以自己用ShaderMaterial()去实现，我这边用的threejs在postprocessing提供的效果，具体实现如下所示：

  import { EffectComposer } from 'three/examples/jsm/postprocessing/EffectComposer';

  import { RenderPass } from 'three/examples/jsm/postprocessing/RenderPass';

  import { OutlinePass } from 'three/examples/jsm/postprocessing/OutlinePass';

  let composer = new EffectComposer(renderer);
  let renderPass = new RenderPass(scene, camera);
  composer.addPass(renderPass);

  let outlinePass = new OutlinePass(new Vector2(window.innerWidth, window.innerHeight), scene, camera);
  composer.addPass(outlinePass);

  outlinePass.visibleEdgeColor.set('#130AF2'); // 选中颜色
  outlinePass.edgeStrength = 5;
  outlinePass.edgeGlow = 1.5;

  const render = function () {
    requestAnimationFrame(render);
    composer.render();
  }

功能展示(gif图的效果可能没那么好)：

图6

至此使用threejs给3d模型的基本操作就是这样的了，剩下的发挥靠自己想象吧。

其它功能效果

• camera-controls

  模型的旋转控制，这里直接使用threejs提供的控件OrbitControls()

  import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls';
  
  let controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
  controls.enablePan = false;
  controls.maxPolarAngle = Math.PI / 2;
  controls.minPolarAngle = Math.PI / 3;
  controls.enableZoom = false;
  
  controls.update();
  

• 部件分离动画

  分离动画：简单点解释就是给各个部件的位置设置一个开始的点，一个结束点，然后利用TweenLite、TweenMax进行补间动画, 下面以车声为例子：

  // 车身上移动画
  let component = gltf.scene.getObjectByName('car_body');
  TweenLite.to(component.position, 1.5, {
    y: 5,
    ease: Power4.easeOut
  });
  

• 重影动画

  利用threejs的提供的postprocessing来实现部件移动的时候会产生重影，实现如下：

  import { AfterimagePass } from 'three/examples/jsm/postprocessing/AfterimagePass.js';
  
  let afterimagePass = new AfterimagePass();
  
  composer.addPass(afterimagePass);
  

  功能展示(gif图的效果可能没那么好)：

图7

最后的最后

如果以上有啥错误或者有啥要交流的欢迎骚扰：（吃口饭不容易！）

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