作者：前端藏经阁

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WebGL

简介：WebGL（全写Web Graphics Library）是一种3D绘图协议，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0（OpenGL for Embedded Systems，OpenGL嵌入式版本，针对手机、游戏机等设备相对较轻量级的版本）结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了，还能创建复杂的导航和数据视觉化。

Three.js

简介：Three.js是WebGL的JavaScript 3D库，其对WebGL提供的接口进行了非常好的封装，简化了很多细节，大大降低了学习成本，成为前端开发者完成3D绘图的得力工具。

three.js官方文档 ：threejs.org/

three.js中文文档 ：
https://techbrood.com/threejs/docs/

Three.js整体认知（附：Three.js功能概览）

一、threejs三大组件（场景-scene，相机-camera，渲染器-renderer）

场景（Scenes）

场景是所有物体的容器，场景只有一种。

场景的构造函数是：

var scene = new THERR.Scene()
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Fog（线性雾）：

scene.fog = new THREE.Fog(0xcce0ff, 10, 500)
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照相机（Cameras）

定义了三维空间到二维屏幕的投影方式，投影方式主要分为正交投影和透视投影。

1.正交投影：正交投影照相机获得的结果对于在三维空间内平行的线，投影到二维空间中也一定是平行的。

2.透视投影：透视投影照相机获得的结果是类似人眼在真实世界中看到的有“近大远小”的效果。

一般说来，对于制图、建模软件通常使用正交投影，这样不会因为投影而改变物体比例；而对于其他大多数应用，通常使用透视投影，因为这更接近人眼的观察效果，以下详细介绍透视投影。

透视投影照相机（Perspective Camera）的构造函数是：

var camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far)
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让我们通过一张透视照相机投影的图来了解这些参数。

透视图中，灰色的部分是视景体，是可能被渲染的物体所在的区域，在该视景体以外的物体将不会被渲染。

fov是视景体竖直方向上的张角（是角度制而非弧度制），如侧视图所示。

aspect等于width / height，是照相机水平方向和竖直方向长度的比值，通常设为Canvas的横纵比例。

near照相机到视景体最近的距离，为正值。

far照相机到视景体最远的距离，为正值。

渲染器（Renderers）

渲染器的作用就是将相机拍摄出的画面在浏览器中呈现出来。渲染器决定了渲染的结果应该画在页面的什么元素上面，并且以怎样的方式来绘制。three.js中有很多种类的渲染器，例如webGLRenderer、canvasRenderer、SVGRenderer，通常使用的是webGLRenderer渲染器。 webGLRenderer渲染器的构造函数是：

renderer = new THERR.WebGLRenderer()
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创建完渲染器之后，需要调用render方法将之前创建好的场景和相机相结合从而渲染出来，即调用渲染器的render方法：

renderer.render(scene,camera)
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了解了three.js完成3D绘图的三大要素之后，便可以在页面中创建场景，并利用相机将场景渲染到网页上。

首先需要下载three.js库，并引用到自己的代码中，以下为三种引入方式，选择合适的方式在自己的项目中。

<script src="lib/three.js"></script>  //ES5
const THREE=require（'three'）  //CommonJS/AMD
import * as THREE from 'three'   //ES6
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// 创建场景
var scene = new THREE.Scene(); 
// 创建透视相机
var camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000); 
// 创建一个 WebGL 渲染器
var renderer = new THREE.WebGLRenderer({
       alpha: true,// 默认情况下为黑色场景，此处设置为透明（即白色场景）
}); 
// 设置渲染器为全屏
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); 
// 添加到网页中
document.body.appendChild(renderer.domElement);
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完成上述各个步骤之后，我们在网页上看到的只有一块静态的白色场景，看不到任何东西，接下来通过一些基础图像的学习和了解，以呈现一些图形效果。

二、图像的表示

绘制的前期准备工作已经做完，接下来要做的就是把想要绘制的物体添加到场景中。在计算机世界中，3D世界是由点组成，两个点能够组成一条直线，三个不在一条直线上的点就能够组成一个三角面片，无数个三角面片就能够组成各种各样形状的物体，通常把这种网格模型叫做Mesh模型。Mesh模型是三维开发中使用的最为广泛的型。

Geometries（几何图形）

three.js给出了很多方法去生成固定的网格形状，比如长方体（BoxGeometry）、球体（SphereGeometry）、圆形（CircleGeometry）等等。还有根据具体坐标生成具体形状的方法，可以借助第三方建模软件（SketchUp）建模之后导入，目前支持的模型格式有.obj（最常用）,.dae，.ctm，.ply，.stl，.wrl，.vtk等。Three.js有一系列支持外部导入文件的函数，是在three.js库之外的，使用前需要单独下载。（例如：OrbitControls-控制器、OBJLoader-加载.obj 文件、MTLLoader-加载.mtl文件）。

Materials（材质）

three.js给出了很多种直接生成材质的方法，其中比较常用的有MeshBasicMaterial（对光照无感，给几何体一种简单的颜色或显示线框），MeshLambertMaterial（对光照有反应，无光源则不会显示，用于创建暗淡的不发光的物体）、MeshPhongMaterial（对光照有反应，无光源不会显示，用于创建金属类米昂凉的物体）等等。物体之所以能被人眼看见，一种是它自身的材料就能发光，不需要借助外界光源；另一种是自身材料不发光，需要反射环境中的光。对于自身不发光的物体，需要个场景添加光源从而达到可视的效果。

Lights（灯光）

three.js中可以创建出很多不同类型的光源，比如环境光AmbientLight（它的颜色会添加到整个场景和所有对象的当前颜色上），点光源PointLight（这种光源放出的光线来自同一点，且辐射方向四面八方，如蜡烛发出的光），方向光DirectionalLight（也称作无限光，从这种光源发出的光线可以看做是平行的，如太阳光），聚光灯SpotLight（这种光源的光线从一个椎体中射出，在被照射的物体上产生聚光的效果，如手电筒发出的光。）有光源就缺少不了阴影，在Three.js中，能形成阴影的光源只有DirectionalLight和SpotLight；而相对地，能表现阴影效果的材质只有LambertMaterial和PhongMaterial。three.js中渲染阴影的开销比较大，所以默认物体是没有阴影的，需要单独开启。开启阴影的方法：

• 将渲染器的shadowMapEnabled属性设置为true（告诉渲染器可以渲染隐形)
• 将物体及光源的castShadow属性设置为true（告诉物体及光源可以透射阴影)
• 将接收该阴影的物体的receiveShadow属性设置为true（告诉物体可以接收其他物体的阴影）

在了解了关于图形的基本知识之后，在上面的代码的基础上添加简单图像。

var geometry = new THREE.BoxGeometry(1,1,1); // 创建一个长宽高都为1个单位的立方体
var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0x00ff00}); // 创建材质，对光照无感
var cube = new THREE.Mesh(geometry, material); // 创建一个立方体网格（mesh）,将材质包裹在立方体上
scene.add(cube); // 将立方体网格添加到场景中
camera.position.z = 5; // 指定相机位置
function render() {
requestAnimationFrame(render); // 让浏览器执行参数中的函数，不断循环（浏览器一个新的API）
renderer.render(scene, camera); // 结合场景和相机进行渲染，即用摄像机拍下此刻的场景
}
render();
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在render（）函数中添加以下代码使上面在场景中添加的正方体运动起来。

cube.rotation.x += 0.1;
cube.rotation.y += 0.1;
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Controls（控制器）

轨道控制插件OrbitControls.js可以实现场景用鼠标交互，让场景动起来，控制场景的旋转、平移和缩放。由于OrbitControls.js是一个插件，所以在three.js 中使用时，需要单独引入该文件。

controls = new THREE.OrbitControls(camera);// 初始化控制器
controls.target.set(0, 0, 0);// 设置控制器的焦点，使控制器围绕这个焦点进行旋转
controls.minDistance = 80;// 设置移动的最短距离（默认为零）
controls.maxDistance = 400;// 设置移动的最长距离（默认为无穷）
controls.maxPolarAngle = Math.PI / 3;//绕垂直轨道的距离（范围是0-Math.PI,默认为Math.PI）
controls.update();// 照相机转动时，必须更新该控制器
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配置该插件之后实现的效果：

操控效果按住鼠标左键并移动摄像机围绕场景中心旋转转动鼠标滑轮或按住中键并移动放大或缩小按住鼠标右键并移动在场景中平移上、下、左、右方向键在场景中平移

Loaders（加载器）

用来加载不同格式的文件，主要介绍以下三种：

OBJLoader加载器（需要单独引入js文件）：用来加载.obj文件（分为有材质和没有材质两种）。

// 没有材质
new THREE.OBJLoader().load('./tree.obj', function (obj) {
    obj.scale.set(10, 10, 10);
    obj.position.set(-10, 0, 0);
   obj.children.forEach(function (e) {
          e.castShadow = true
});// 设置阴影
    scene.add(obj)
});
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MTLLoader加载器（需要单独引入js文件）：用来加载.mtl文件（即加载有材质物体的obj文件之前先加载mtl文件）。

// 有材质
new THREE.MTLLoader().setPath('./model/VANS/').load('VANS.mtl', function (materials) {
    materials.preload();
    new THREE.OBJLoader().setMaterials(materials).setPath('./model/VANS/').load('VANS.obj', function (obj) {
        obj.scale.set(0.8, 0.8, 0.8);
        obj.position.set(-40, -50, 10);
        scene.add(obj)  
    })
});
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CSS2DRenderer加载器（需要单独引入js文件）：如果要将基于HTML的标签与3D对象组合，则CSS2DRenderer渲染器非常有用。这里，各个DOM元素也被包装到CSS2DObject的一个实例中并添加到场景图中。

// 初始化 CSS2DRenderer
labelRenderer = new THREE.CSS2DRenderer();
labelRenderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); // 设置渲染器的大小
labelRenderer.domElement.style.position = 'absolute';
labelRenderer.domElement.style.top = 0;
container.appendChild(labelRenderer.domElement);
// 标注实例
function addSprite(text, Mash, callback) {
       biaozhudiv = document.createElement('div');
       biaozhudiv.className = 'label';
       biaozhudiv.textContent = text;
       biaozhudiv.onclick = function () {
           callback(Mash)
       };
       biaozhuLabel = new THREE.CSS2DObject(biaozhudiv);
       biaozhuLabel.position.set(0, 0, 0);
       Mash.add(biaozhuLabel);
    }
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Textures(纹理)

纹理是一个2D图片（甚至也有1D和3D的纹理），它可以用来添加物体的细节；可以想象纹理是一张绘有砖块的纸，无缝折叠贴合到你的3D的房子上，这样你的房子看起来就像有砖墙外表了。

var textureCube = new THREE.CubeTextureLoader().load(urls);
scene.background = textureCube；
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Three.js+vue.js

1.用npm 安装three npm install three

three.js 安装地址 ：
https://www.npmjs.com/package/three

安装成功后，在项目中 import three from 'three';，之后运行程序。

发现控制台报错 default export is not declared in imported module 说明three.js没有默认的导出对象，应该写成 import * as three from 'three'; 或者可以这样： import { Scene, WebGLRenderer, PerspectiveCamera, BoxGeometry, MeshBasicMaterial, Mesh} from 'three';

或者使用CommonJS的形式引入var three = require ('three');

2.用npm安装轨道控制插件 npm install three-orbit-controls

three-orbit-controls安装地址：
https://www.npmjs.com/package/three-orbit-controls

该插件引入之前确认three.js 库已经引入， OrbitControls = require('three-orbit-controls')(THREE)

使用方法： controls = new OrbitControls(camera);

3.用npm安装加载.obj和.mtl文件的插件 npm i --save three-obj-mtl-loader

three-obj-mtl-loader安装地址 ：
https://www.npmjs.com/package/three-obj-mtl-loader

该插件引入之前必须确认three.js库已经引入，该插件包括加载.obj和.mtl 文件的加载器

import {MTLLoader,OBJLoader} from 'three-obj-mtl-loader';

使用方法：mtlLoader = new MTLLoader(); objLoader = new OBJLoader();

注：单独使用three-mtl-loader 和 three-obj-loader两个插件时，会发生错误：

4.用npm安装three-css2drender插件， npm i --save three-css2drender

three-css2drender安装地址：
www.npmjs.com/package/three-css2drende

插件引入之前必须确认htree.js库已经引入

import {CSS2DRenderer,CSS2DObject} from 'three-css2drenderer';

使用方法：

labelRenderer = new CSS2DRenderer();

label = new CSS2DObject( text );

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