WebGL с Three.JS (Урок первый)

WebGL с Three.js — Урок 1

Как мы и обещали — пришло время начать нашу новую серию статей, посвященных WebGL. Это наш первый урок, где мы рассмотрим основные основные функции: создание сцены, камеры, рендерера, элементов управления (OrbitControls). Мы также создадим простейший направленный свет, добавим дюжину объектов (различной геометрии) с тенями. Чтобы все шло быстрее, мы решили использовать одну из самых популярных фреймворков webgl — three.js. Зачем использовать Three.js? Помимо того факта, что это JavaScript-фреймворк с открытым исходным кодом, он также является наиболее быстро развивающимся и обсуждаемым движком. Здесь уже реализовано действительно много возможностей, от низкоуровневой работы с точками и векторами, до работы с готовыми сценами, шейдерами и даже стереоскопическими эффектами.

Результат нашего урока таков:

Live Demo

HTML

Мы могли бы пропустить этот шаг, но, как правило, мы делаем это на каждом уроке. Итак, вот структура HTML нашего урока:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en" >
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <meta name="author" content="Script Tutorials" />
        <title>WebGL With Three.js - Lesson 1 | Script Tutorials</title>
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no">
        <link href="css/main.css" rel="stylesheet" type="text/css" />
    </head>
    <body>
        <script src="js/three.min.js"></script>
        <script src="js/THREEx.WindowResize.js"></script>
        <script src="js/OrbitControls.js"></script>
        <script src="js/stats.min.js"></script>
        <script src="js/script.js"></script>
    </body>
</html>

В этом коде мы просто соединяем все библиотеки, которые будем использовать сегодня.

Javascript

Я надеюсь, что вы уже видели нашу демоверсию и представляете, из каких основных элементов она состоит, мы рассмотрим создание каждого элемента шаг за шагом.

остов

Абстрактно наша сцена выглядит так:

var lesson1 = {
    scene: null,
    camera: null,
    renderer: null,
    container: null,
    controls: null,
    clock: null,
    stats: null,

    init: function() { // Initialization

    }
};

// Animate the scene
function animate() {
    requestAnimationFrame(animate);
    render();
    update();
}

// Update controls and stats
function update() {
    lesson1.controls.update(lesson1.clock.getDelta());
    lesson1.stats.update();
}

// Render the scene
function render() {
    if (lesson1.renderer) {
        lesson1.renderer.render(lesson1.scene, lesson1.camera);
    }
}

// Initialize lesson on page load
function initializeLesson() {
    lesson1.init();
    animate();
}

if (window.addEventListener)
    window.addEventListener('load', initializeLesson, false);
else if (window.attachEvent)
    window.attachEvent('onload', initializeLesson);
else window.onload = initializeLesson;

Это обычная структура приложения, созданного с помощью Three.js. Почти все будет создано в функции ‘init’.

Создание сцены, камеры и рендерера

Они являются основными элементами нашей сцены, они в следующем коде создают пустую сцену с перспективной камерой и рендерером с включенной картой теней:

// create main scene
this.scene = new THREE.Scene();

var SCREEN_WIDTH = window.innerWidth,
    SCREEN_HEIGHT = window.innerHeight;

// prepare camera
var VIEW_ANGLE = 45, ASPECT = SCREEN_WIDTH / SCREEN_HEIGHT, NEAR = 1, FAR = 10000;
this.camera = new THREE.PerspectiveCamera( VIEW_ANGLE, ASPECT, NEAR, FAR);
this.scene.add(this.camera);
this.camera.position.set(-1000, 1000, 0);
this.camera.lookAt(new THREE.Vector3(0,0,0));

// prepare renderer
this.renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias:true, alpha: false});
this.renderer.setSize(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT);
this.renderer.setClearColor(0xffffff);

this.renderer.shadowMapEnabled = true;
this.renderer.shadowMapSoft = true;

// prepare container
this.container = document.createElement('div');
document.body.appendChild(this.container);
this.container.appendChild(this.renderer.domElement);

// events
THREEx.WindowResize(this.renderer, this.camera);

Мы установили камеру под углом 45 градусов, установили полный размер экрана и белый цвет очистки для WebGLRenderer, добавили нашу сцену в документ HTML, а также подключили THREEx.WindowResize для управления средством визуализации и камерой при изменении размера окна (из браузер).

OrbitControls и Stats

Чтобы иметь возможность каким-либо образом управлять камерой — three.js дает нам возможность использовать готовые элементы управления. Одним из них является OrbitControls, который предоставляет возможность вращать сцену вокруг своей оси. Также будет полезно посмотреть статистику (FPS) нашей сцены — нам поможет очень маленький класс Stats (stats.min.js).

// prepare controls (OrbitControls)
this.controls = new THREE.OrbitControls(this.camera, this.renderer.domElement);
this.controls.target = new THREE.Vector3(0, 0, 0);

// prepare clock
this.clock = new THREE.Clock();

// prepare stats
this.stats = new Stats();
this.stats.domElement.style.position = 'absolute';
this.stats.domElement.style.bottom = '0px';
this.stats.domElement.style.zIndex = 10;
this.container.appendChild( this.stats.domElement );

Таким образом, мы подготовили четыре материала

Создание света и земли

Свет — один из важных элементов сцены, в нашем первом уроке мы создадим самый простой — направленный свет, так как мы собираемся добавить основные тени:

// add directional light
var dLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
dLight.position.set(1, 1000, 1);
dLight.castShadow = true;
dLight.shadowCameraVisible = true;
dLight.shadowDarkness = 0.2;
dLight.shadowMapWidth = dLight.shadowMapHeight = 1000;
this.scene.add(dLight);

// add particle of light
particleLight = new THREE.Mesh( new THREE.SphereGeometry(10, 10, 10), new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x44ff44 }));
particleLight.position = dLight.position;
this.scene.add(particleLight);

// add simple ground
var groundGeometry = new THREE.PlaneGeometry(1000, 1000, 1, 1);
ground = new THREE.Mesh(groundGeometry, new THREE.MeshLambertMaterial({
    color: this.getRandColor()
}));
ground.position.y = 0;
ground.rotation.x = - Math.PI / 2;
ground.receiveShadow = true;
this.scene.add(ground);

Когда мы создали источник света, мы включили два параметра (castShadow и shadowCameraVisible). Это позволит нам визуально увидеть, где находится свет, и мы сможем понять процесс создания (и границ) теней.

Вы также можете заметить, что сразу после света мы добавили сферический объект — это для вас, чтобы вы могли визуально узнать, в каком положении находится наш направленный источник света. Чтобы создать землю — мы использовали плоский элемент (PlaneGeometry), чтобы подготовить его к получению теней — мы установили для параметра ‘receiveShadow’ значение ‘true’.

Цвета

Вскоре мы добавим дополнительные объекты в сцену. Но я подготовил одну дополнительную функцию для создания другого цвета для наших предметов. Эта функция будет случайным образом возвращать цвет из предварительно определенного списка пастельных цветов.

var colors = [
    0xFF62B0,
    0x9A03FE,
    0x62D0FF,
    0x48FB0D,
    0xDFA800,
    0xC27E3A,
    0x990099,
    0x9669FE,
    0x23819C,
    0x01F33E,
    0xB6BA18,
    0xFF800D,
    0xB96F6F,
    0x4A9586
];

getRandColor: function() {
    return colors[Math.floor(Math.random() * colors.length)];
}

CircleGeometry / CubeGeometry / CylinderGeometry и ExtrudeGeometry

Геометрия — это объект, содержащий все необходимые данные для описания любой трехмерной модели (точки, вершины, грани и т. Д.). Все перечисленные геометрии используются для создания таких объектов как: круг (обычный), куб и цилиндр. Выдавливание геометрии используется для выдавливания геометрии из формы контура. Собираемся выдавливать треугольник:

// add circle shape
var circle = new THREE.Mesh(new THREE.CircleGeometry(70, 50), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
circle.rotation.x = - Math.PI / 2;
circle.rotation.y = - Math.PI / 3;
circle.rotation.z = Math.PI / 3;
circle.position.x = -300;
circle.position.y = 150;
circle.position.z = -300;
circle.castShadow = circle.receiveShadow = true;
this.scene.add(circle);

// add cube shape
var cube = new THREE.Mesh(new THREE.CubeGeometry(100, 100, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
cube.rotation.x = cube.rotation.z = Math.PI * 0.1;
cube.position.x = -300;
cube.position.y = 150;
cube.position.z = -100;
cube.castShadow = cube.receiveShadow = true;
this.scene.add(cube);

// add cylinder shape
var cube = new THREE.Mesh(new THREE.CylinderGeometry(60, 80, 90, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
cube.rotation.x = cube.rotation.z = Math.PI * 0.1;
cube.position.x = -300;
cube.position.y = 150;
cube.position.z = 100;
cube.castShadow = cube.receiveShadow = true;
this.scene.add(cube);

// add extrude geometry shape
var extrudeSettings = {
    amount: 10,
    steps: 10,
    bevelSegments: 10,
    bevelSize: 10,
    bevelThickness: 10
};
var triangleShape = new THREE.Shape();
triangleShape.moveTo(  0, -50 );
triangleShape.lineTo(  -50, 50 );
triangleShape.lineTo( 50, 50 );
triangleShape.lineTo(  0, -50 );

var extrude = new THREE.Mesh(new THREE.ExtrudeGeometry(triangleShape, extrudeSettings), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
extrude.rotation.y = Math.PI / 2;
extrude.position.x = -300;
extrude.position.y = 150;
extrude.position.z = 300;
extrude.castShadow = extrude.receiveShadow = true;
this.scene.add(extrude);

Как только геометрия создана, мы можем создать сетку на основе этой геометрии. Когда вы создаете сетку, мы указываем материал (как второй аргумент).

Геометрия икосаэдра / геометрия октаэдра / геометрия кольца и геометрия формы

Теперь мы создадим следующие четыре элемента: икосаэдр, октаэдр, кольцо и объект по пользовательскому пути (фигуре), используя ShapeGeometry:

// add icosahedron shape
var icosahedron = new THREE.Mesh(new THREE.IcosahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
icosahedron.position.x = -100;
icosahedron.position.y = 150;
icosahedron.position.z = -300;
icosahedron.castShadow = icosahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(icosahedron);

// add octahedron shape
var octahedron = new THREE.Mesh(new THREE.OctahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
octahedron.position.x = -100;
octahedron.position.y = 150;
octahedron.position.z = -100;
octahedron.castShadow = octahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(octahedron);

// add ring shape
var ring = new THREE.Mesh(new THREE.RingGeometry(30, 70, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
ring.rotation.y = -Math.PI / 2;
ring.position.x = -100;
ring.position.y = 150;
ring.position.z = 100;
ring.castShadow = ring.receiveShadow = true;
this.scene.add(ring);

// add shape geometry shape
var shapeG = new THREE.Mesh(new THREE.ShapeGeometry(triangleShape), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
shapeG.rotation.y = -Math.PI / 2;
shapeG.position.x = -100;
shapeG.position.y = 150;
shapeG.position.z = 300;
shapeG.castShadow = shapeG.receiveShadow = true;
this.scene.add(shapeG);

SphereGeometry / TetrahedronGeometry / TorusGeometry / TorusKnotGeometry и TubeGeometry

Наконец, мы создаем сферу, тетраэдр, тор, торический узел и трубу:

// add sphere shape
var sphere = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(70, 32, 32), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
sphere.rotation.y = -Math.PI / 2;
sphere.position.x = 100;
sphere.position.y = 150;
sphere.position.z = -300;
sphere.castShadow = sphere.receiveShadow = true;
this.scene.add(sphere);

// add tetrahedron shape
var tetrahedron = new THREE.Mesh(new THREE.TetrahedronGeometry(70), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
tetrahedron.position.x = 100;
tetrahedron.position.y = 150;
tetrahedron.position.z = -100;
tetrahedron.castShadow = tetrahedron.receiveShadow = true;
this.scene.add(tetrahedron);

// add torus shape
var torus = new THREE.Mesh(new THREE.TorusGeometry(70, 20, 16, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
torus.rotation.y = -Math.PI / 2;
torus.position.x = 100;
torus.position.y = 150;
torus.position.z = 100;
torus.castShadow = torus.receiveShadow = true;
this.scene.add(torus);

// add torus knot shape
var torusK = new THREE.Mesh(new THREE.TorusKnotGeometry(70, 20, 16, 100), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
torusK.rotation.y = -Math.PI / 2;
torusK.position.x = 100;
torusK.position.y = 150;
torusK.position.z = 300;
torusK.castShadow = torusK.receiveShadow = true;
this.scene.add(torusK);

// add tube shape
var points = [];
for (var i = 0; i < 10; i++) {
    var randomX = -100 + Math.round(Math.random() * 200);
    var randomY = -100 + Math.round(Math.random() * 200);
    var randomZ = -100 + Math.round(Math.random() * 200);

    points.push(new THREE.Vector3(randomX, randomY, randomZ));
}
var tube = new THREE.Mesh(new THREE.TubeGeometry(new THREE.SplineCurve3(points), 64, 20), new THREE.MeshLambertMaterial({ color: this.getRandColor() }));
tube.rotation.y = -Math.PI / 2;
tube.position.x = 0;
tube.position.y = 500;
tube.position.z = 0;
tube.castShadow = tube.receiveShadow = true;
this.scene.add(tube);

Обратите внимание на процесс создания трубы. TubeGeometry позволяет нам строить цилиндрический объект по массиву точек.

Плавное движение света

Чтобы плавно переместить свет, нам нужно только добавить следующий код в функцию «обновления»:

// smoothly move the particleLight
var timer = Date.now() * 0.000025;
particleLight.position.x = Math.sin(timer * 5) * 300;
particleLight.position.z = Math.cos(timer * 5) * 300;

Live Demo

скачать в упаковке

Вывод

Я думаю, что мы сделали достаточно для нашего первого урока. Помимо создания сцены, мы также увидели, как создать тень, и даже сделали обзор почти всех возможных геометрий. Увидимся на следующем уроке!

WebGL с Three.JS (Урок первый)

Live Demo

HTML

Javascript

остов

Создание сцены, камеры и рендерера

OrbitControls и Stats

Создание света и земли

Цвета

CircleGeometry / CubeGeometry / CylinderGeometry и ExtrudeGeometry

Геометрия икосаэдра / геометрия октаэдра / геометрия кольца и геометрия формы

SphereGeometry / TetrahedronGeometry / TorusGeometry / TorusKnotGeometry и TubeGeometry

Плавное движение света

Live Demo

скачать в упаковке

Вывод

Категории

Последние статьи

Рефакторинг Hudson God Class

Альтернативы синтаксиса Java лямбда

Morphia и MongoDB: развивающиеся структуры документов

OpenShift Express: развертывание приложения Java EE (с поддержкой AS7)

Интеграция jqGrid, REST, AJAX и Spring MVC