JavaScript與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

JavaScript與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

I目錄

■CONTENTS

第一部分JavaScript操作D0M元素..........................................2

第二部分呢bGL提供的圖形渲染能力.........................................5

第三部分Three,js庫的WebGL封裝..........................................8

第四部分Three,js三維場景的構(gòu)造.........................................II

第五部分Three.js基本幾何體的繪制........................................15

第六部分材質(zhì)系統(tǒng)在Three,js中的作用.....................................18

第七部分Three.js中的燈光和陰影.........................................20

第八部分Three,js互動(dòng)和動(dòng)畫..............................................25

第一部分JavaScript操作DOM元素

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【操作DOM樹】：

1.訪問和修改DOM節(jié)點(diǎn)：JavaScript提供了各種API,

允許開發(fā)者訪問和修改文檔對(duì)象模型(DOM)樹中的節(jié)

點(diǎn)，包括獲取元素、創(chuàng)建新元素、插入和刪除節(jié)點(diǎn)等。

2.操作DOM屬性：除了直接訪問和修改節(jié)點(diǎn)外.

JavaScript還可以操作DOM元素的屬性，如更改文本內(nèi)

容、設(shè)置樣式、添加或移除類名等，從而動(dòng)態(tài)地控制元素的

外觀和行為。

3.事件處理：JavaScript支持為DOM元素綁定事件處理

程序，在特定事件發(fā)生時(shí)執(zhí)行自定義代碼，如點(diǎn)擊、鼠標(biāo)懸

停、鍵盤輸入等，實(shí)現(xiàn)交互式頁面。

【操作CSS樣式表】：

JavaScript操作DOM元素

DOM(文檔對(duì)象模型)是HTML和XML文檔的層次結(jié)構(gòu)表示形式。它

允許程序訪問和修改文檔的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和樣式。JavaScript是客戶

端腳本語言，可與DOM交互，從而提供對(duì)Web頁面動(dòng)態(tài)行為的控

制。

#獲取DOM元素

獲取DOM元素是操作它們的第一步。JavaScript提供了許多方法

來獲取元素：

-getElementByTdO：根據(jù)其ID(唯一標(biāo)識(shí)符)獲取元素。

-getElementsByClassNameO：根據(jù)其類名獲取元素集合。

-getElementsByTagName()：根據(jù)其標(biāo)簽名獲取元素集合。

-querySelector()：使用CSS選擇器獲取元素。

-querySelectorAll()：使用CSS選擇器獲取元素集合。

#修改DOM元素內(nèi)容

一旦獲得一個(gè)DOM元素，就可以使用以下方法修改其內(nèi)容：

-innerHTML：設(shè)置或獲取元素的HTML為容。

-textContent：設(shè)置或獲取元素的文本為容。

-nodeValue：設(shè)置或獲取文本節(jié)點(diǎn)的值。

-appendChiId()：向元素追加子節(jié)點(diǎn)。

-insertBcforeO：在指定節(jié)點(diǎn)之前插入子節(jié)點(diǎn)。

-removeChild()：從元素中移除子節(jié)點(diǎn)。

#修改DOM元素樣式

JavaScript還允許修改DOM元素的樣式：

-style：訪問元素的樣式屬性。

-setAttributeO：設(shè)置元素的樣式屬性。

-getAttributeO：獲取元素的樣式屬性。

-classList：操作元素的CSS類。

-className：設(shè)置或獲取元素的類名屬性。

#事件處理

JavaScript可以對(duì)用戶交互中的事件(如點(diǎn)擊、懸停和鍵盤按下)

進(jìn)行響應(yīng)。以下方法用于處理事件：

-addEventListener()：為元素添加事件偵聽器口

-removeEventListener()：從元素中移除事件偵聽器。

-dispatchEvent()：觸發(fā)元素上的事件。

#DOM操作示例

以下示例展示了如何使用JavaScript操作DOM元素：

javascript

//獲取具有ID為nmyElementn的元素

constelement=document.getElementById(HmyElementn)；

//設(shè)置元素的HTML內(nèi)容

element.innerHTML="Hello,world!,r；

//添加一個(gè)事件偵聽器，在單擊元素時(shí)觸發(fā)函數(shù)

console,log("Elementclicked!*r)；

});

//修改元素的樣式

element,style,color="red"；

element,style.fontSize="20px”；

//在元素中插入子元素

constnewElement=document.createElemcnt("p")；

newElement.textContent="Thisisanewparagraph.H；

element.appendChild(newElement)；

#優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

-動(dòng)態(tài)地修改Web頁面內(nèi)容和樣式。

-處理用戶交互和事件。

-創(chuàng)建交互式用戶界面和動(dòng)畫。

缺點(diǎn)：

-可能會(huì)影響性能，尤其是DOM操作頻繁時(shí)。

-可能導(dǎo)致不可靠的代碼，特別是當(dāng)DOM結(jié)構(gòu)不斷變化時(shí)。

#結(jié)論

操作DOM元素是JavaScript中一項(xiàng)基本功能，允許開發(fā)者創(chuàng)建交

互式和動(dòng)態(tài)的Web頁面。通過理解DOM操作技術(shù)，開發(fā)者可以有效

地控制Web頁面內(nèi)容、樣式和行為。

第二部分WebGL提供的圖形渲染能力

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

頂點(diǎn)著色器

1.對(duì)應(yīng)OpenGL中的頂點(diǎn)著色器(vertexshader),負(fù)責(zé)處

理單個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，將頂點(diǎn)位置、顏色、法線等數(shù)據(jù)從模型空

間變換到裁剪空間。

2.使用GLSL(OpenGLShadingLanguage)編寫，提供豐

富的內(nèi)置函數(shù)，如矩陣變換、向量運(yùn)算等。

3.可以實(shí)現(xiàn)頂點(diǎn)變換、光照計(jì)算、紋理坐標(biāo)生成等功能，

為nocne^yiomne階段的處理做好準(zhǔn)備。

片元著色器

1.對(duì)應(yīng)OpenGL中的片元著色器(fragmentshader),用于

處理單個(gè)像素，計(jì)算其最終顏色。

2.接收頂點(diǎn)著色器輸出的插值變量，作為輸入，并結(jié)合紋

理、光照等信息進(jìn)行計(jì)算。

3.可以實(shí)現(xiàn)紋理映射、著色、透明度計(jì)算等效果，最終決

定渲染結(jié)果。

紋理貼圖

1.使用紋理貼圖可以給物體表面添加細(xì)節(jié)和紋理效果，增

強(qiáng)圖形的真實(shí)感。

2.WebGL支持多種紋理類型，如2D紋理、立方體紋理等，

可以根據(jù)需要選擇合適的紋理類型。

3.紋理貼圖可以提高渲染效率，因?yàn)榧y理數(shù)據(jù)可以在GPU

上緩存，減少了CPU的處理負(fù)擔(dān)。

深度緩沖

1.深度緩沖用于存儲(chǔ)場景中每個(gè)像素的深度信息，實(shí)現(xiàn)隱

藏表面消除(hiddensurfaceremoval)o

2.WebGL提供深度緩沖區(qū)對(duì)象(depthbufferobject),可以

指定深度測試函數(shù)，確定像素是否可見。

3.深度緩沖對(duì)于繪制3D場景至關(guān)重要，可以確保場景中

物體的前后關(guān)系正確顯示。

光照模型

1.WebGL提供了豐富的光照模型，包括方向光、點(diǎn)光源和

聚光燈等，模擬現(xiàn)實(shí)世界中的光照效果。

2.可以使用材質(zhì)屬性，如漫反射、鏡面反射和法線貼圖，

指定物體對(duì)光的響應(yīng)方式。

3.光照計(jì)算可以極大地提升圖形的真實(shí)感和視覺效果，使

其更接近真實(shí)世界。

幾何體變形

1.WebGL支持通過變形著色器(geometryshader)對(duì)幾何

體進(jìn)行變形操作，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)態(tài)效果。

2.變形著色器可以生成新的頂點(diǎn)、線段或三角形，進(jìn)而創(chuàng)

建復(fù)雜的幾何體或?qū)崿F(xiàn)粒子系統(tǒng)等效果。

3.幾何體變形為實(shí)時(shí)圖形應(yīng)用提供了豐富的可能性，可以

廣泛應(yīng)用于游戲、動(dòng)畫和可視化等領(lǐng)域。

WebGL提供的圖形渲染能力

WebGL(WebGraphicsLibrary)是一種JavaScriptAPI,允許開發(fā)

者直接從瀏覽器中訪問計(jì)算機(jī)圖形硬件。它為Web開發(fā)人員提供了強(qiáng)

大的工具集，用于創(chuàng)建復(fù)雜的交互式3D圖形和可視化效果。

WebGL支持廣泛的圖形渲染技術(shù)，包括：

頂點(diǎn)著色器和片元著色器：

*頂點(diǎn)著色器：用于處理頂點(diǎn)數(shù)據(jù)(例如位置、法線、紋理坐標(biāo))，

執(zhí)行幾何變換和著色。

*片元著色器：用于處理片元數(shù)據(jù)(代表圖像中的像素)，執(zhí)行光照

計(jì)算、紋理映射和其他效果。

緩沖區(qū)對(duì)象：

*允許高效存儲(chǔ)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)。

*優(yōu)化圖形渲染性能，因?yàn)閿?shù)據(jù)被直接存儲(chǔ)在GPU內(nèi)存中。

紋理：

*用于附加到3D模型或表面上的圖形。

*可以是2D圖像或3D紋理，提供了紋理映射和環(huán)境貼圖等高級(jí)效

果。

幀緩沖區(qū)對(duì)象：

*允許在紋理上繪制，創(chuàng)建離屏渲染管道。

*用于創(chuàng)建諸如后處理效果、陰影圖和光遮擋等高級(jí)渲染技術(shù)。

立方貼圖：

*特殊類型的紋理，它包含六個(gè)圖像，代表一個(gè)立方體的每個(gè)面。

*用于創(chuàng)建環(huán)境貼圖和天空盒效果。

同步查詢對(duì)象：

*允許開發(fā)者查詢GPU的狀態(tài)，并在特定操作（例如著色器編譯或紋

理加載）完成后接收通知。

異步計(jì)算：

*支持使用WebGL2.0中的“計(jì)算著色器”，允許開發(fā)者在GPU上執(zhí)

行并行計(jì)算任務(wù)。

*用于加速科學(xué)可視化、流體仿真和圖像處理等應(yīng)用。

下面是WebGL支持的一些具體的圖形渲染功能示例：

*3D幾何渲染：創(chuàng)建和渲染三維模型，包括網(wǎng)格、曲面和點(diǎn)云。

*紋理映射：使用紋理為3D模型添加細(xì)節(jié)和逼真度。

*光照和陰影：實(shí)現(xiàn)逼真的光照效果，包括漫反射、鏡面反射、環(huán)境

光和陰影。

*粒子系統(tǒng)：創(chuàng)建和渲染大量粒子，用于模擬諸如火、煙和水等效果。

*后期處理效果：應(yīng)用后期處理效果，例如模糊、色差和景深，以增

強(qiáng)視覺質(zhì)量。

*科學(xué)可視化：創(chuàng)建和交互式探索復(fù)雜科學(xué)數(shù)據(jù)集，例如體積數(shù)據(jù)和

流體仿真。

*虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)：提供構(gòu)建用于VR和AR體驗(yàn)的

3D圖形引擎的基礎(chǔ)。

WebGL的強(qiáng)大渲染能力使其成為Web開發(fā)人員創(chuàng)建沉浸式和引人入勝

的圖形化應(yīng)用程序和體驗(yàn)的寶貴工具。

第三部分Three.js庫的WebGL封裝

Three,js庫的WebGL封裝

Three.js是一個(gè)流行的JavaScript庫，它提供了一個(gè)簡潔且功能

強(qiáng)大的API,用于構(gòu)建復(fù)雜的3D圖形應(yīng)用程序。它建立在WebGL

之上，WebGL是一個(gè)用于在Web瀏覽器中渲染交互式3D圖形的

JavaScriptAPI。

Three,js封裝了WebGL的底層復(fù)雜性，允許開發(fā)人員使用直觀的

方法來操縱3D場景。它提供了一系列類和函數(shù)，使開發(fā)人員能夠創(chuàng)

建和管理場景中的對(duì)象、燈光、相機(jī)和渲染器。

Three.js特性

Three,js庫提供了以下關(guān)鍵特性：

*場景圖：Three,js使用分層場景圖來組織和管理場景中的對(duì)象。

*幾何體：Three,js提供了各種幾何體類，包括立方體、球體和圓

柱體，允許開發(fā)人員創(chuàng)建復(fù)雜的3D模型。

*材質(zhì)：Three,js提供了各種材質(zhì)類，包括Lambert.Phong和

BlinnPhong材質(zhì)，允許開發(fā)人員為對(duì)象指定外觀。

*燈光：Three,js提供了各種光源類，包括環(huán)境光、平行光和點(diǎn)光

源，允許開發(fā)人員為場景添加照明效果。

*相機(jī)：Three,js提供了各種相機(jī)類，包括透視相機(jī)和正交相機(jī)，

允許開發(fā)人員從不同的角度查看場景。

*渲染器：Three,js提供了一個(gè)WebGL渲染器，負(fù)責(zé)將場景渲染到

HTML5畫布。

使用Three.js

使用Three,js構(gòu)建3D圖形應(yīng)用程序涉及以下步驟：

1.創(chuàng)建場景：創(chuàng)建一個(gè)場景對(duì)象來容納場景中的所有對(duì)象。

2.添加幾何體：使用幾何體類創(chuàng)建3D模型，并將它們添加到場景

中。

3.添加材質(zhì)：使用材質(zhì)類為幾何體指定外觀，并將它們添加到場景

中。

4.添加燈光：使用光源類為場景添加照明效果，并將它們添加到場

景中。

5.添加相機(jī)：使用相機(jī)類定義場景的觀察角度，并將它們添加到場

景中。

6.渲染場景：使用渲染器將場景渲染到HTML5畫布。

性能優(yōu)化

為了在Web瀏覽器中實(shí)現(xiàn)最佳性能，可以使用以下技術(shù)對(duì)Three,js

應(yīng)用程序進(jìn)行優(yōu)化：

*減少幾何體復(fù)雜度：使用LOD（關(guān)卡細(xì)芍）系統(tǒng)或紋理貼圖來減少

復(fù)雜幾何體的三角形數(shù)量。

*使用材質(zhì)實(shí)例化：將具有相同材質(zhì)的對(duì)象分組為實(shí)例，而不是為每

個(gè)對(duì)象單獨(dú)分配材質(zhì)。

*啟用深度測試和背面剔除：允許WebGL渲染器僅渲染可見表面，

從而提高性能。

*使用紋理壓縮：使用ETC2或ASTC等壓縮格式將紋理大小最小

化。

*延遲加載：僅在需要時(shí)加載紋理和幾何體，以減少加載時(shí)間和內(nèi)存

使用情況。

應(yīng)用

Three,js已被廣泛用于各種應(yīng)用程序，包括：

*3D游戲：用于構(gòu)建交互式3D游戲，具有逼真的圖形和物理效果。

*數(shù)據(jù)可視化：用于創(chuàng)建交互式3D數(shù)據(jù)可視化，以便探索和分析復(fù)

雜數(shù)據(jù)。

*虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：用于創(chuàng)建虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，允許用戶與虛擬

物體進(jìn)行交互。

*建筑和工程：用于創(chuàng)建逼真的建筑和工程模型，以便進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)

計(jì)和可視化。

*教育和科學(xué)：用于創(chuàng)建交互式3D模型和模擬，以可視化和理解復(fù)

雜概念。

結(jié)論

Three,js是一個(gè)強(qiáng)大的JavaScript庫，它提供了構(gòu)建復(fù)雜3D圖

形應(yīng)用程序的簡潔且功能強(qiáng)大的界面。它封裝了WebGL的底層復(fù)雜

性，允許開發(fā)人員使用直觀的方法操縱3D場景。憑借其豐富的特性

和性能優(yōu)化技術(shù)，Three.js已成為用于各種應(yīng)用程序的首選工具，

包括3D游戲、數(shù)據(jù)可視化、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、建筑和工程以及教育

和科學(xué)。

第四部分Three.js三維場景的構(gòu)造

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

Three.js三維場景的構(gòu)造

主題名稱】：場景初始化，1.創(chuàng)建場景對(duì)象：使用newTHREE.Scene()'創(chuàng)建一個(gè)新

的三維場景，這是所有其他對(duì)象和光源的容器。

2.配置渲染器：初始化渲染器，指定將場景渲染到哪個(gè)

DOM元素中，可以使用'WebGLRenderer'或

'CanvasRcndcrcr'o

3.創(chuàng)建相機(jī)：使用'newTHREE.PerspecliveCamera。'或

'newTHREE.OrthographicCamera()'創(chuàng)建一個(gè)相機(jī),用于定

義場景的視角和投影類型。

主題名稱】：幾何體創(chuàng)建.

Three.js中的三維場景構(gòu)造

Three,js提供了一套全面的工具和類，用于創(chuàng)建可視化逼真的三維

場景。以下是對(duì)Three,js中場景構(gòu)造的關(guān)鍵部分的描述：

場景(Scene)

場景對(duì)象代表了三維空間，其中包含所有對(duì)象、燈光和相機(jī)。它是

Three.js中所有元素共同存在的環(huán)境。

對(duì)象(Object)

對(duì)象表示三維空間中的實(shí)體。Three,js提供了各種類型的對(duì)象，例

如幾何形狀、模型和粒子。

*幾何形狀(Geometry)：描述對(duì)象的形狀和頂點(diǎn)、面和邊的連接信

息。Three,js提供了各種各樣的幾何體，如立方體、球體和圓柱體。

*模型(Mesh)：由幾何形狀和材料組成的對(duì)象。材料定義了對(duì)象的

表面特性，例如顏色、紋理和透明度。

*粒子(Particles)：代表空間中大量小顆粒。粒子系統(tǒng)可以模擬各

種效果，如煙霧、火焰和雨滴。

燈光(Light)

燈光提供照亮場景所需的光源。Three,js支持多種類型的燈光，包

括：

*環(huán)境光(AmbientLight)：照亮整個(gè)場景，不會(huì)產(chǎn)生陰影。

*平行光(DirectionalLight)：模擬平行的光線源，投射出平行于

給定方向的陰影。

*點(diǎn)光源(PointLight)：模擬球形光線源，投射出向各個(gè)方向傳播

的陰影。

*聚光燈(Spotlight)：模擬錐形光線源，投射出具有焦點(diǎn)和錐形邊

界的陰影。

相機(jī)(Camera)

相機(jī)定義了場景的觀察視點(diǎn)。Three,js提供了兩種類型的相機(jī)：

*透視相機(jī)(PerspectiveCamera)：模擬人類的視力，具有透視投影。

*正交相機(jī)(OrthographicCamcra)：投影正交于場景，不會(huì)產(chǎn)生透

視失真。

加載器(Loaders)

加載器用于從文件或URL中加載模型、紋理和其他資源。Three,js

提供了各種加載器，包括：

*GLTFLoader：加或GLTransmissionFormat(glTF)模型文件。

*OBJLoader：加載WavefrontObject(OBJ)模型文件。

*TextureLoader：加載圖像文件作為紋理使用。

動(dòng)畫(Animation)

Three,js提供了幾種機(jī)制用于創(chuàng)建場景動(dòng)畫：

*Tween,js：用于創(chuàng)建基于時(shí)間的動(dòng)畫過渡。

*緩動(dòng)函數(shù)(EasingFunctions)：用于控制動(dòng)畫移動(dòng)的非線性行為。

*骨骼動(dòng)畫(SkeletonAnimation)：用于控制模型中骨骼和關(guān)節(jié)的

動(dòng)畫。

示例代碼

以下是一個(gè)簡單的Three,js代碼片段，演示了如何創(chuàng)建一個(gè)具有立

方體、燈光和攝像機(jī)的場景：

javascript

//創(chuàng)建場景

constscene=newTHREE.Scene()；

//創(chuàng)建立方體

constgeometry=newTHREE.BoxGeometry(1,1,1)；

constcube=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

//添加立方體到場景

scene,add(cube)；

//創(chuàng)建燈光

constlight=newTHREE.PointLight(Oxffffff,1)；

light.position,set(10,10,10)；

//添加燈光到場景

scene,add(light)；

//創(chuàng)建相機(jī)

constcamera=newTHREE.PerspectiveCamera(75,

window.innerWidth/window.innerHeight,0.1,1000)；

camera,position,z=5；

//創(chuàng)建渲染器

constrenderer=newTHREE.WebGLRenderer()；

renderer.setSize(window.innerWidth,window.innerHeight)；

//將場景和相機(jī)添加到渲染器

renderer.render(scene,camera)；

這段代碼定義了一個(gè)帶有綠色立方體、平行光照和攝像機(jī)的場景。通

過調(diào)用render()方法，場景被渲染到HTML畫布中。

第五部分Three,js基本幾何體的繪制

Three,js基本幾何體的繪制

Three.js是一個(gè)流行的JavaScript庫，用于創(chuàng)建和操作3D圖形。

它提供了一個(gè)直觀的API,用于繪制各種基本幾何體，包括：

立方體(Cube)

javascript

constgeometry=newTHREE.BoxGeometry(1,1,1)；

constcube=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(cube)；

、、、

球體(Sphere)

'javascript

constgeometry=newTHREE.SphereGeometry(0.5,32,32)；

constsphere=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene.add(sphere)；

圓柱體（CylinderJ

javascript

constgeometry=newTHREE.CylinderGeometry(0.5,1,1,32)；

constcylinder=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(cylinder)；

錐體(Cone)

javascript

constgeometry=newTHREE.ConeGeometry(0.5,1,32)；

constcone=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(cone)；

半球體(Hemisphere)

'javascript

constgeometry=newTHREE.HemisphereGeometry(0.5,0.5,32,

16,0,Math.PI/2)；

consthemisphere=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(hemisphere)；

XXX

平面(Plane)

'javascript

constgeometry=newTHREE.PlaneGeometry(1,1,1,1)；

constplane=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(plane)；

環(huán)(Torus)

'javascript

constgeometry=newTHREE.TorusGeometry(0.5,0.2,32,32)；

consttorus=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene.add(torus)；

扭曲的環(huán)(TorusKnot)

'javascript

constgeometry=newTHREE.TorusKnotGeometry(0.5,0.2,100,

16)；

consttorusKnot=nowTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene.add(torusKnot)；

自定義幾何體(BufferGeometry)

Three.js還支持通過BufferGeometry'類創(chuàng)建自定義幾何體。此類

允許用戶直接指定頂點(diǎn)位置、法線和紋理坐標(biāo)。

'javascript

constvertices=newFloat32Array([

-1.0,-1.0,1.0,

1.0,-1.0,1,0,

1.0,1.0,1.0,

_1.0,-1.0,1.0,

1.0,1.0,1.0,

-1.0,1.0,1.0

]);

constgeometry=newTHREE.BufferGeometry()；

geometry.setAttribute(rposition*,new

THREE.BufferAttribute(vertices,3))；

consttriangle=newTHREE.Mesh(geometry,material)；

scene,add(triangle)；

、、、

通過使用BufferGeometry'類，可以創(chuàng)建任意復(fù)雜程度的幾何體。它

對(duì)于創(chuàng)建程序生成的幾何體、從其他格式導(dǎo)入幾何體或動(dòng)態(tài)更新幾何

體尤為有用。

第六部分材質(zhì)系統(tǒng)在Three,js中的作用

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【材質(zhì)系統(tǒng)在Three.js中

的作用】：1.定義材質(zhì)的概念：材質(zhì)是Three.js中用來定義物體表面

外觀屬性的集合，包括顏色、光澤、透明度等。

2.不同材質(zhì)類型的應(yīng)用：Three.js提供了多種材質(zhì)類型，如

基本材質(zhì)(BasicMaterial)^Phong材質(zhì)(PhongMaterial)

物理材質(zhì)(PhysicalMaterial)等，用于模擬不同的真實(shí)世界

材料。

3.材質(zhì)參數(shù)設(shè)置：每個(gè)材質(zhì)類型都有特定的參數(shù)，如顏色、

反射率、折射率等，可以對(duì)其進(jìn)行自定義設(shè)置以實(shí)現(xiàn)所需效

果。

【紋理貼圖在材質(zhì)中的應(yīng)用】：

材質(zhì)系統(tǒng)在Three,js中的作用

在Three,js中，材質(zhì)系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制場景中對(duì)象的視覺外觀。它允許

開發(fā)人員為其幾何體賦予各種屬性，例如顏色、紋理、光照和透明度，

從而創(chuàng)建逼真的和視覺上吸引人的3D場景。

材質(zhì)類型

Three,js提供了廣泛的材質(zhì)類型，可滿足不同的渲染需求：

*基本材質(zhì)(BasicMaterial)：基本材質(zhì)是最簡單的材質(zhì)，它將對(duì)象

渲染為純色。

*Lambert材質(zhì)(LambertMaterial)：Lambert材質(zhì)模擬漫反射光

照，這意味著它響應(yīng)光源，但不會(huì)產(chǎn)生鏡面高光。

*Phong材質(zhì)(PhongMaterial)：Phong材質(zhì)模擬Blinn-Phong光

照模型，它產(chǎn)生漫反射和鏡面高光。

*法線材質(zhì)(NormalMaterial)：法線材質(zhì)使用法線貼圖來創(chuàng)建對(duì)象

表面的凹凸感。

*物理材質(zhì)(PhysicalMaterial)：物理材質(zhì)是PhysicallyBased

Rendering(PBR)管線的近似，它模擬真實(shí)世界的材料特性。

材質(zhì)屬性

每種材質(zhì)類型都有一組特定的屬性，允許開發(fā)人員控制其外觀：

*顏色(color)：對(duì)象的整體顏色。

*紋理(map)：一張圖像，用于給對(duì)象添加表面細(xì)節(jié)。

*法線貼圖(normalMap)：一張圖像，用于創(chuàng)建對(duì)象表面的凹凸感。

*光照貼圖(lightMap)：一張圖像，用于模擬外部光源的影響。

*自發(fā)光(emissive)：對(duì)象發(fā)出的光量。

*金屬度(metalness)：材料類似金屬的程度。

*粗糙度(roughness)：材料表面的粗糙程度。

材質(zhì)的層疊

Three,js還支持材質(zhì)的層疊，其中可以在一個(gè)對(duì)象上應(yīng)用多個(gè)材質(zhì)。

這允許開發(fā)人員創(chuàng)建復(fù)雜的材料效果，例如基于對(duì)象的法線或表面位

置混合不同的紋理C

擴(kuò)展材質(zhì)系統(tǒng)

Three,js的材質(zhì)系統(tǒng)是可擴(kuò)展的，開發(fā)人員可以創(chuàng)建自己的自定義

材質(zhì)。這通過編寫自定義著色器程序完成，這些程序定義了材質(zhì)在渲

染管道中如何計(jì)算,

材質(zhì)系統(tǒng)的重要作用

材質(zhì)系統(tǒng)是Three,js的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建

視覺上令人驚嘆的3D場景。通過利用廣泛的材質(zhì)類型和屬性，開發(fā)

人員可以賦予對(duì)象逼真的紋理、光照和表面行為，從而沉浸式和引人

入勝的體驗(yàn)。

第七部分Three.js中的燈光和陰影

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

點(diǎn)光源

1.點(diǎn)光源從一個(gè)點(diǎn)向各個(gè)方向發(fā)射光線，模擬了真實(shí)世界

中點(diǎn)狀光源(如燈泡)。

2.Three.js中的點(diǎn)光源由'PointLight'類表示,可以通過設(shè)

置顏色、強(qiáng)度和衰減等屬性來配置。

3.點(diǎn)光源的衰減屬性控制了光線隨著距燈源距離的變化而

衰減的速度，有線性衰減、二次衰減和指數(shù)衰減三種模式。

聚光燈

1.聚光燈類似于點(diǎn)光源，但它會(huì)將光線聚焦在一個(gè)錐形區(qū)

域內(nèi)，就像手電筒一樣。

2.Three.js中的聚光燈由'SpotLighf類表示，可以通過設(shè)

置錐形角度和衰減屬性來配置。

3.聚光燈的影子更清晰，因?yàn)楣饩€被限制在一個(gè)窄范圍內(nèi)，

從而可以創(chuàng)建更逼真的陰影。

平行光

1.平行光是一種平行光線，從無限遠(yuǎn)的地方照射而來，類

似于陽光。

2.Three.js中的平行光由'DirectionalLight'類表示,可以

通過設(shè)置顏色、強(qiáng)度和角度等屬性來配置。

3.平行光不會(huì)產(chǎn)生陰影，因?yàn)樗鼪]有單個(gè)發(fā)光點(diǎn)，而是從

所有方向照射。

環(huán)境光

1.環(huán)境光是一種全局光照，均勻地照亮場景中的所有物體，

無論其朝向或位置如何。

2.Three.js中的環(huán)境光由'AmbientLight'類表示，可以通

過設(shè)置顏色和強(qiáng)度等屬性來配置。

3.環(huán)境光主要用于創(chuàng)建基本照明，并為場景中的物體添加

額外的漫反射。

材質(zhì)和光照

1.材質(zhì)決定了物體如何與光線交互，從而影響物體的外觀

和陰影。

2.Three.js提供了各種內(nèi)置材質(zhì)，如'BasicMaterial'、

'LambcrtMaterial'和'PhongMaterial',它們支持不同的光

照模型。

3.通過設(shè)置材質(zhì)的屬性，例如顏色、反射率和粗糙度，可

以控制光線如何被物體反射和吸收，從而實(shí)現(xiàn)逼真的陰影

和高光效果。

陰影

1.陰影是通過使用陰影貼圖或陰影映射技術(shù)來創(chuàng)建的，它

們模擬了光線被遮擋時(shí)的區(qū)域。

2.Three.js提供了陰影貼圖和陰影映射的內(nèi)置支持，可以在

'Renderer'類中啟用。

3.陰影的質(zhì)量取決于場景的復(fù)雜性、光源的數(shù)量和類型，

以及所使用的陰影技術(shù)。

Three,js中的燈光和陰影

燈光和陰影在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中至關(guān)重要，它們可以極大地增強(qiáng)場景的

真實(shí)感和視覺吸引力。Three,js提供了一系列燈光和陰影技術(shù)，使

開發(fā)人員能夠輕松創(chuàng)建具有出色光照效果的3D場景。

燈光類型

Three,js支持多種燈光類型，每種類型都有其獨(dú)特的屬性和用途：

*環(huán)境光：為場景提供均勻的照明，不會(huì)造成陰影。

*平行光：模擬來自無限遠(yuǎn)處的平行光源，通常用于模擬陽光或聚光

燈。

*點(diǎn)光源：從一個(gè)點(diǎn)發(fā)出的光源，在所有方向上衰減。

*聚光燈：從一個(gè)點(diǎn)發(fā)出的光錐，在錐體外緣衰減。

*球光源：從一個(gè)均勻照亮場景各部分的點(diǎn)發(fā)出的光。

陰影類型

Three,js還支持多種陰影類型，可增強(qiáng)場景的深度和真實(shí)感：

*平面陰影：將陰影投射到一個(gè)平面（例如地面）上，是最簡單且計(jì)

算成本最低的陰影類型。

*體陰影：為對(duì)象創(chuàng)建三維陰影，提供了更逼真的效果，但計(jì)算戌本

更高。

*軟陰影：創(chuàng)建具有平滑邊緣的陰影，類似于現(xiàn)實(shí)世界的陰影。

*聯(lián)系陰影：在物體之間創(chuàng)建陰影，增強(qiáng)場景的深度和立體感。

燈光和陰影的配置

配置燈光和陰影以達(dá)到所需的視覺效果至關(guān)重要?？梢允褂?/p>

Three,js的API設(shè)置以下屬性：

*強(qiáng)度：控制光源的亮度。

*顏色：設(shè)置光源的顏色。

*衰減：控制光源強(qiáng)度的衰減速率。

*投射陰影：啟用或禁用陰影。

*陰影紋理：用于創(chuàng)建陰影紋理，影響陰影的清晰度和噪聲。

*陰影偏置：防止對(duì)象自相投射陰影。

使用示例

以下示例演示如何在Three,js中使用燈光和陰影：

'javascript

constscene=newTHREE.Scene()；

constcamera=newTHREE.PerspectiveCamera(75,

window.innerWidth/window,innerlleight,0.1,1000)；

constambientLight=newTHREE.AmbientLight(Oxffffff,0.5)；

scene,add(ambientLight)；

constdirectionalLight=newTHREE.DirectionalLight(Oxffffff,

0.5)；

directionalLight.position,set(0,1,0)；

directionalLight.castShadow=true；

directionalLight.shadow.mapSize.width=1024；

directionalLight.shadow.mapSize.height=1024；

directionalLight.shadow,camera,near=0.5；

directionalLight.shadow,camera,far=1000；

directionalLight.shadow,camera,left=-50；

directionalLight.shadow,camera,right=50；

directionalLight.shadow,camera,top=50；

directionalLight.shadow,camera,bottom=-50；

scene.add(directionalLight)；

constplane=newTHREE.PlaneGeometry(100,100)；

constplaneMesh二newTHREE.Mesh(plane,planeMaterial)；

planeMesh.receiveShadow=true；

planeMesh.castShedow=true；

scene.add(planeMesh)；

constcube=newTHREE.BoxGeometry(1,1,1)；

constcubeMesh=newTHREE.Mesh(cube,cubeMaterial)；

cubeMesh.position.set(0,1,0)；

cubeMesh.castShadow=true；

cubeMesh.receiveShadow=true；

scene.add(cubeMesh)；

//...

constrenderer=newTHREE.WebGLRenderer()；

renderer.setSize(window.innerWidth,window,innerlleight)；

document,body.appendChild(renderer.domElement)；

//...

requeslAnimationFrame(animate)；

renderer.render(scene,camera)；

)

animate()；

、、、

結(jié)論

Three,js中的燈光和陰影技術(shù)使開發(fā)人員能夠創(chuàng)建具有出色光照效

果和視覺吸引力的3D場景。通過理解和利用不同的燈光和陰影類

型，可以顯著增強(qiáng)場景的真實(shí)感和沉浸感。

第八部分Three,js互動(dòng)和動(dòng)畫

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

Three.js中的交互

1.鼠標(biāo)交互：允許用戶使用鼠標(biāo)與場景交互，如旋轉(zhuǎn)、平

移、縮放等操作。

2.鍵盤交互：提供鍵盤事件監(jiān)聽，可以控制場景中的對(duì)象

或觸發(fā)特定動(dòng)作。

3.觸摸交互：為移動(dòng)設(shè)備優(yōu)化，支持手指觸摸、捏合、滑

動(dòng)等手勢(shì)。

Three,js中的動(dòng)畫

1.DOM動(dòng)畫：使用JavaScript的DOMAPI進(jìn)行動(dòng)畫，簡

便易用。

2.WebGL動(dòng)畫：利用WebGL渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更流暢、高

效的動(dòng)畫效果。

3.物理引擎：集成物理引擎，模擬現(xiàn)實(shí)世界中的物理行

為，如重力、碰撞等。

Three,js互動(dòng)和動(dòng)畫

簡介

Three,js提供了豐富的功能，用于創(chuàng)建交互式和動(dòng)態(tài)的計(jì)算機(jī)圖形。

這些功能包括事件處理、動(dòng)畫、物理模擬和用戶界面。

事件處理

Three.js提供了各種事件處理程序，允許用戶與場景中的對(duì)象進(jìn)行

交互。這些事件程序包括：

*鼠標(biāo)事件：單擊、雙擊、鼠標(biāo)懸停

*鍵盤事件：按鍵按下和釋放

*觸摸事件：輕觸、滑動(dòng)手勢(shì)

*滾動(dòng)事件：滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪

通過使用這些事件處理程序，用戶可以控制對(duì)象的行為、觸發(fā)動(dòng)畫或

執(zhí)行其他任務(wù)。

動(dòng)畫

Three,js提供了多種動(dòng)畫方法，包括：

*關(guān)鍵幀動(dòng)畫：在特定時(shí)間間隔內(nèi)設(shè)置對(duì)象的屬性，以創(chuàng)建平滑的運(yùn)

動(dòng)。

*補(bǔ)間動(dòng)畫：線性或非線性地對(duì)對(duì)象的屬性進(jìn)行插值，以創(chuàng)建更自然

的運(yùn)動(dòng)。

*物理動(dòng)畫：使用物理引擎模擬真實(shí)物理效果，例如重力和碰撞。

*shader動(dòng)畫：使用GLSL著色器創(chuàng)建復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的動(dòng)畫效果。

物理模擬

Three,js集成了Cannon,js物理引擎，它允許用戶模擬現(xiàn)實(shí)世界

的物理交互。這包括:

*剛體：具有質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的物體。

*碰撞檢測：檢測多個(gè)物體之間的碰撞。

*重力：施加重力以模擬真實(shí)物理效果。

*彈性：設(shè)置物體在碰撞后的彈性系數(shù)。

用戶界面

Three,js提供了創(chuàng)建用戶界面的組件，例如：

*GUI控件：按鈕、滑塊、選擇器，用于交互式地控制場景參數(shù)。

*文本：創(chuàng)建和顯示文本以提供信息或控制。

*場景導(dǎo)覽器：允許用戶導(dǎo)航和探索場景。

交互示例

以下是一些使用Three,js實(shí)現(xiàn)交互功能的示例：

*拖放：用戶可以拖動(dòng)和放置場景中的對(duì)象。

*縮放：用戶可以使用鼠標(biāo)滾輪或滑塊縮放場景。

*旋轉(zhuǎn)：用戶可以使用鼠標(biāo)或觸摸手勢(shì)旋轉(zhuǎn)場景。

*物理交互：用戶可以通過物理模擬與場景中的對(duì)象進(jìn)行交互，例如

通過重力或碰撞。

*自定義GUI：用戶可以創(chuàng)建自定義GUI控件以控制場景參數(shù)并觸

發(fā)動(dòng)畫。

優(yōu)勢(shì)

使用Three,js實(shí)現(xiàn)交互和動(dòng)畫具有以下優(yōu)勢(shì)：

*易于使用：Three,js提供了易于使用的API和文檔。

*跨平臺(tái)：