「冰墩墩」代码，开源了！

在下方公众号后台回复：JGNB，可获取杰哥原创的 PDF 手册。

大家好，我是杰哥。

原文地址：

https://segmentfault.com/a/1190000041363089

背景

迎冬奥，一起向未来！本文使用Three.js + React技术栈，实现冬日和奥运元素，制作了一个充满趣味和纪念意义的冬奥主题3D页面。本文涉及到的知识点主要包括：TorusGeometry圆环面、MeshLambertMaterial非光泽表面材质、MeshDepthMaterial深度网格材质、custromMaterial自定义材质、Points粒子、PointsMaterial点材质等。

效果

实现效果如以下 👇 动图所示，页面主要由2022冬奥会吉祥物冰墩墩、奥运五环、舞动的旗帜 🚩、树木 🌲 以及下雪效果 ❄️ 等组成。按住鼠标左键移动可以改为相机位置，获得不同视图。

👀 在线预览：https://dragonir.github.io/3d/#/olympic （部署在GitHub，加载速度可能会有点慢 😓）

实现

引入资源

首先引入开发页面所需要的库和外部资源，OrbitControls用于镜头轨道控制、TWEEN用于补间动画实现、GLTFLoader用于加载glb或gltf格式的3D模型、以及一些其他模型、贴图等资源。

import React from 'react';
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";
import { GLTFLoader } from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader";
import bingdundunModel from './models/bingdundun.glb';
// ...

页面DOM结构

页面DOM结构非常简单，只有渲染3D元素的#container容器和显示加载进度的.olympic_loading元素。

<div>
  <div id="container">div>
  {this.state.loadingProcess === 100 ? '' : (
    <div className="olympic_loading">
      <div className="box">{this.state.loadingProcess} %div>
    div>
  )}
div>

场景初始化

初始化渲染容器、场景、相机。

container = document.getElementById('container');
renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.shadowMap.enabled = true;
container.appendChild(renderer.domElement);
scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(skyTexture);
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(0, 30, 100);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));

添加光源

本示例中主要添加了两种光源：DirectionalLight用于产生阴影，调节页面亮度、AmbientLight用于渲染环境氛围。

// 直射光
const light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.intensity = 1;
light.position.set(16, 16, 8);
light.castShadow = true;
light.shadow.mapSize.width = 512 * 12;
light.shadow.mapSize.height = 512 * 12;
light.shadow.camera.top = 40;
light.shadow.camera.bottom = -40;
light.shadow.camera.left = -40;
light.shadow.camera.right = 40;
scene.add(light);
// 环境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xcfffff);
ambientLight.intensity = 1;
scene.add(ambientLight);

加载进度管理

使用THREE.LoadingManager管理页面模型加载进度，在它的回调函数中执行一些与加载进度相关的方法。本例中的页面加载进度就是在onProgress中完成的，当页面加载进度为100%时，执行TWEEN镜头补间动画。

const manager = new THREE.LoadingManager();
manager.onStart = (url, loaded, total) => {};
manager.onLoad = () => { console.log('Loading complete!')};
manager.onProgress = (url, loaded, total) => {
  if (Math.floor(loaded / total * 100) === 100) {
    this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
    // 镜头补间动画
    Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: -1, z: 20 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 3600, () => {});
  } else {
    this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
  }
};

创建地面

本示例中凹凸起伏的地面是使用Blender构建模型，然后导出glb格式加载创建的。当然也可以只使用 Three.js自带平面网格加凹凸贴图也可以实现类似的效果。使用Blender自建模型的优点在于可以自由可视化地调整地面的起伏效果。

var loader = new THREE.GLTFLoader(manager);
loader.load(landModel, function (mesh) {
  mesh.scene.traverse(function (child) {
    if (child.isMesh) {
      child.material.metalness = .1;
      child.material.roughness = .8;
      // 地面
      if (child.name === 'Mesh_2') {
        child.material.metalness = .5;
        child.receiveShadow = true;
      }
  });
  mesh.scene.rotation.y = Math.PI / 4;
  mesh.scene.position.set(15, -20, 0);
  mesh.scene.scale.set(.9, .9, .9);
  land = mesh.scene;
  scene.add(land);
});

材质贴图：

为了使树只在贴图透明部分透明、其他地方不透明，并且可以产生树状阴影而不是长方体阴影，需要给树模型添加如下MeshPhysicalMaterial、MeshDepthMaterial两种材质，两种材质使用同样的纹理贴图，其中 MeshDepthMaterial添加到模型的custromMaterial属性上。

 let treeMaterial = new THREE.MeshPhysicalMaterial({
  map: new THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
  transparent: true,
  side: THREE.DoubleSide,
  metalness: .2,
  roughness: .8,
  depthTest: true,
  depthWrite: false,
  skinning: false,
  fog: false,
  reflectivity: 0.1,
  refractionRatio: 0,
});
let treeCustomDepthMaterial = new THREE.MeshDepthMaterial({
  depthPacking: THREE.RGBADepthPacking,
  map: new THREE.TextureLoader().load(treeTexture),
  alphaTest: 0.5
});
loader.load(treeModel, mesh => {
  mesh.scene.traverse(child =>{
    if (child.isMesh) {
      child.material = treeMaterial;
      child.custromMaterial = treeCustomDepthMaterial;
    }
  });
  mesh.scene.position.set(14, -9, 0);
  mesh.scene.scale.set(16, 16, 16);
  scene.add(mesh.scene);
  // 克隆另两棵树
  let tree2 = mesh.scene.clone();
  tree2.position.set(10, -8, -15);
  tree2.scale.set(18, 18, 18);
  scene.add(tree2)
  // ...
});

实现效果也可以从 👆 上面 Banner 图中可以看到，为了画面更好看，我取消了树的阴影显示。

📌 在 3D 功能开发中，一些不重要的装饰模型都可以采取这种策略来优化。

💡 MeshDepthMaterial 深度网格材质

一种按深度绘制几何体的材质。深度基于相机远近平面，白色最近，黑色最远。

构造函数：

MeshDepthMaterial(parameters: Object)

• parameters：（可选）用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入。

特殊属性：

• .depthPacking[Constant]：depth packing的编码。默认为BasicDepthPacking。

• .displacementMap[Texture]：位移贴图会影响网格顶点的位置，与仅影响材质的光照和阴影的其他贴图不同，移位的顶点可以投射阴影，阻挡其他对象，以及充当真实的几何体。

• .displacementScale[Float]：位移贴图对网格的影响程度（黑色是无位移，白色是最大位移）。如果没有设置位移贴图，则不会应用此值。默认值为 1。

• .displacementBias[Float]：位移贴图在网格顶点上的偏移量。如果没有设置位移贴图，则不会应用此值。默认值为0。

💡 custromMaterial 自定义材质

给网格添加custromMaterial自定义材质属性，可以实现透明外围 png 图片贴图的内容区域阴影。

创建雪花

创建雪花 ❄️，就要用到粒子知识。THREE.Points是用来创建点的类，也用来批量管理粒子。本例中创建了1500个雪花粒子，并为它们设置了限定三维空间的随机坐标及横向和竖向的随机移动速度。

// 雪花贴图
let texture = new THREE.TextureLoader().load(snowTexture);
let geometry = new THREE.Geometry();
let range = 100;
let pointsMaterial = new THREE.PointsMaterial({
  size: 1,
  transparent: true,
  opacity: 0.8,
  map: texture,
  // 背景融合
  blending: THREE.AdditiveBlending,
  // 景深衰弱
  sizeAttenuation: true,
  depthTest: false
});
for (let i = 0; i < 1500; i++) {
  let vertice = new THREE.Vector3(Math.random() * range - range / 2, Math.random() * range * 1.5, Math.random() * range - range / 2);
  // 纵向移速
  vertice.velocityY = 0.1 + Math.random() / 3;
  // 横向移速
  vertice.velocityX = (Math.random() - 0.5) / 3;
  // 加入到几何
  geometry.vertices.push(vertice);
}
geometry.center();
points = new THREE.Points(geometry, pointsMaterial);
points.position.y = -30;
scene.add(points);

💡 Points 粒子

Three.js中，雨 🌧️、雪 ❄️、云 ☁️、星辰 ✨ 等生活中常见的粒子都可以使用Points来模拟实现。

构造函数：

new THREE.Points(geometry, material);

• 构造函数可以接受两个参数，一个几何体和一个材质，几何体参数用来制定粒子的位置坐标，材质参数用来格式化粒子；

• 可以基于简单几何体对象如BoxGeometry、SphereGeometry等作为粒子系统的参数；

• 一般来讲，需要自己指定顶点来确定粒子的位置。

💡 PointsMaterial 点材质

通过THREE.PointsMaterial可以设置粒子的属性参数，是Points使用的默认材质。

构造函数：

PointsMaterial(parameters : Object)

• parameters：（可选）用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入。

💡 材质属性 .blending

材质的.blending属性主要控制纹理融合的叠加方式，.blending属性的值包括：

• THREE.NormalBlending�：默认值

• THREE.AdditiveBlending：加法融合模式

• THREE.SubtractiveBlending：减法融合模式

• THREE.MultiplyBlending：乘法融合模式

• THREE.CustomBlending：自定义融合模式，与.blendSrc, .blendDst 或 .blendEquation属性组合使用

💡 材质属性 .sizeAttenuation

粒子的大小是否会被相机深度衰减，默认为true（仅限透视相机）。

💡 Three.js 向量

几维向量就有几个分量，二维向量Vector2有x和y两个分量，三维向量Vector3有x、y、z三个分量，四维向量Vector4有x、y、z、w四个分量。

相关API：

• Vector2：二维向量

• Vector3：三维向量

• Vector4：四维向量

镜头控制、缩放适配、动画

controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
// 禁用平移
controls.enablePan = false;
// 禁用缩放
controls.enableZoom = false;
// 垂直旋转角度限制
controls.minPolarAngle = 1.4;
controls.maxPolarAngle = 1.8;
// 水平旋转角度限制
controls.minAzimuthAngle = -.6;
controls.maxAzimuthAngle = .6;

window.addEventListener('resize', () => {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}, false);

function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
  controls && controls.update();
  // 旗帜动画更新
  mixer && mixer.update(new THREE.Clock().getDelta());
  // 镜头动画
  TWEEN && TWEEN.update();
  // 五环自转
  fiveCyclesGroup && (fiveCyclesGroup.rotation.y += .01);
  // 顶点变动之后需要更新，否则无法实现雨滴特效
  points.geometry.verticesNeedUpdate = true;
  // 雪花动画更新
  let vertices = points.geometry.vertices;
  vertices.forEach(function (v) {
    v.y = v.y - (v.velocityY);
    v.x = v.x - (v.velocityX);
    if (v.y <= 0) v.y = 60;
    if (v.x <= -20 || v.x >= 20) v.velocityX = v.velocityX * -1;
  });
}

🔗 完整代码：

https://github.com/dragonir/3d/tree/master/src/containers/Olympic

总结

💡 本文中主要包含的新知识点包括：

• TorusGeometry圆环面

• MeshLambertMaterial非光泽表面材质

• MeshDepthMaterial深度网格材质

• custromMaterial自定义材质

• Points粒子

• PointsMaterial点材质

• 材质属性.blending、.sizeAttenuation

• Three.js向量

进一步优化的空间:

• 添加更多的交互功能、界面样式进一步优化；

• 吉祥物冰墩墩添加骨骼动画，并可以通过鼠标和键盘控制其移动和交互。

真的是太硬核了！dragonir 同学写的那么详细，看来他是真的想教会我们。

点击下方「阅读原文」直接查看网页，3D 可视化方向的同学，也可以看 github 源码来学习。

利用 Python 教你绘制冬奥吉祥物“冰墩墩”