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使用Three.js制作一个3D奖牌页面

dragonir 7127 阅读 0 评论

背景

本文使用 React + Three.js 技术栈，实现粉丝突破1000的3D纪念页面，包含的主要知识点包括：Three.js 提供的光源、DirectionLight 平行光、HemisphereLight 半球光源、AmbientLight 环境光、奖牌素材生成、贴图知识、MeshPhysicalMaterial 物理材质、TWEEN 镜头补间动画、CSS 礼花动画等。

效果

效果如上图，页面由包含我的个人信息的奖牌、1000+ Followers 模型构成

在线预览：https://dragonir.github.io/3d/#/segmentfault

实现

引入资源

首先引入开发功能所需的库，其中 FBXLoader 用于加在 1000+ 字体模型、OrbitControls 镜头轨道控制、TWEEN 用于生成补间动画、Stats 用于开发时性能查看。

import * as THREE from "three";
import { FBXLoader } from "three/examples/jsm/loaders/FBXLoader";
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";
import Stats from "three/examples/jsm/libs/stats.module";

场景初始化

这部分内容主要用于初始化场景和参数，详细讲解可点击文章末尾链接阅读我之前的文章，本文不再赘述。

container = document.getElementById('container');
renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.needsUpdate = true;
container.appendChild(renderer.domElement);
// 场景
scene = new THREE.Scene();
// 给场景设置好看的背景
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(backgroundTexture);
// 摄像机
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(0, 0, 0);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
// 控制器
controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
controls.enableZoom = false;
controls.enablePan = false;
controls.rotateSpeed = .2;

为了达到更好的视觉效果，为OrbitControls设置了缩放禁用、平移禁用和减小默认旋转速度

光照效果

为了模拟真实的物理场景，本示例中使用了 3种 光源。

// 直射光
const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(0.001, 0.001, 0.001);
const cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xffffff });
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
cube.position.set(0, 0, 0);
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.intensity = 1;
light.position.set(18, 20, 60);
light.castShadow = true;
light.target = cube;
light.shadow.mapSize.width = 512 * 12;
light.shadow.mapSize.height = 512 * 12;
light.shadow.camera.top = 80;
light.shadow.camera.bottom = -80;
light.shadow.camera.left = -80;
light.shadow.camera.right = 80;
scene.add(light);
// 半球光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff);
ambientLight.intensity = .8;
scene.add(ambientLight);
// 环境光
const hemisphereLight = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0xfffc00);
hemisphereLight.intensity = .3;
scene.add(hemisphereLight);

Three.js 提供的光源

Three.js 库提供了一些列光源，而且没种光源都有特定的行为和用途。这些光源包括：

光源名称描述
AmbientLight 环境光这是一种基础光源，它的颜色会添加到整个场景和所有对象的当前颜色上
PointLight 点光源空间中的一点，朝所有的方向发射光线
SpotLight 聚光灯光源这种光源有聚光的效果，类似台灯、天花板上的吊灯，或者手电筒
DirectionLight 平行光也称为无限光。从这种光源发出的光线可以看着平行的。例如，太阳光
HemishpereLight 半球光这是一种特殊光源，可以用来创建更加自然的室外光线，模拟放光面和光线微弱的天空
AreaLight 面光源使用这种光源可以指定散发光线的平面，而不是空间中的一个点
LensFlare 镜头眩光这不是一种光源，但是通过 LensFlare 可以为场景中的光源添加眩光效果

THREE.DirectionLight 平行光

THREE.DirectionLight 可以看作是距离很远的光，它发出的所有光线都是相互平行的。平行光的一个范例就是太阳光。被平行光照亮的整个区域接受到的光强是一样的。

构造函数：

new THREE.DirectionLight(color);

属性说明：

  • position：光源在场景中的位置。
  • target：目标。它的指向很重要。使用 target 属性，你可以将光源指向场景中的特定对象或位置。此属性需要一个 THREE.Object3D 对象。
  • intensity：光源照射的强度，默认值：1。
  • castShadow：投影，如果设置为 true，这个光源就会生成阴影。
  • onlyShadow：仅阴影，如果此属性设置为 true，则该光源只生成阴影，而不会在场景中添加任何光照。
  • shadow.camera.near：投影近点，表示距离光源的哪一个位置开始生成阴影。
  • shadow.camera.far：投影远点，表示到距离光源的哪一个位置可以生成阴影。
  • shadow.camera.left：投影左边界。
  • shadow.camera.right：投影右边界。
  • shadow.camera.top：投影上边界。
  • shadow.camera.bottom：投影下边界。
  • shadow.map.width 和 shadow.map.height：阴影映射宽度和阴影映射高度。决定了有多少像素用来生成阴影。当阴影具有锯齿状边缘或看起来不光滑时，可以增加这个值。在场景渲染之后无法更改。两者的默认值均为：512。

THREE.HemisphereLight 半球光光源

使用半球光光源，可以创建出更加贴近自然的光照效果。

构造函数：

new THREE.HeimsphereLight(groundColor, color, intensity);

属性说明：

  • groundColor：从地面发出的光线颜色。
  • Color：从天空发出的光线颜色。
  • intensity：光线照射的强度。

THREE.AmbientLight 环境光

在创建 THREE.AmbientLight 时，颜色会应用到全局。该光源并没有特别的来源方向，并且不会产生阴影。

构造函数：

new THREE.AmbientLight(color);

使用建议：

  • 通常不能将 THREE.AmbientLight 作为场景中唯一的光源，因为它会将场景中的所有物体渲染为相同的颜色。
  • 使用其他光源，如 THREE.SpotLight 或 THREE.DirectionLight的同时使用它，目的是弱化阴影或给场景添加一些额外颜色。
  • 由于 THREE.AmbientLight 光源不需要指定位置并且会应用到全局，所以只需要指定个颜色，然后将它添加到场景中即可。

添加网格和地面

添加网格是为了方便开发，可以调整模型的合适的相对位置，本例中保留网格的目的是为了页面更有 3D景深效果。透明材质的地面是为了显示模型的阴影。

// 网格
const grid = new THREE.GridHelper(200, 200, 0xffffff, 0xffffff);
grid.position.set(0, -30, -50);
grid.material.transparent = true;
grid.material.opacity = 0.1;
scene.add(grid);
// 创建地面，透明材质显示阴影
var planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(200, 200);
var planeMaterial = new THREE.ShadowMaterial({ opacity: .5 });
var plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);
plane.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
plane.position.set(0, -30, -50);
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

创建奖牌

由于时间关系，本示例奖牌模型直接使用 Three.js 自带的基础立方体模型 THREE.BoxGeometry 来实现，你也可以使用其他立方体如球体、圆珠等，甚至可以使用 Blender 等专业建模软件创建自己喜欢的奖牌形状。（ps：个人觉得立方体也挺好看的 😂)

奖牌UI素材生成

奖牌上下面和侧面贴图制作：

为了生成的奖牌有黄金质感，本例中使用下图该材质贴图，来生成亮瞎眼的24K纯金效果 。

奖牌正面和背面贴图制作：

奖牌的正面和背面使用的贴图是 SegmentFault 个人中心页的截图，为了更具有金属效果，我用上面金属材质贴图给它添加了一个带有圆角的边框。

Photoshop 生成圆角金属边框具体方法：截图上面添加金属图层 -> 使用框选工具框选需要删除的内容 -> 点击选择 -> 点击修改 -> 点击平滑 -> 输入合适的圆角大小 -> 删除选区 -> 合并图层 -> 完成并导出图片。

最终的正反面的材质贴图如下图所示，为了显示更清晰，我在 Photoshop 中同时修改了图片的对比度 和 饱和度，并加了 SegmentFault 的 Logo 在上面。

奖牌正面和背面的法相贴图制作：

为了生成凹凸质感，就需要为模型添加法相贴图。使用上面已经生成的正面和背面的材质贴图，就可以使用在线工具自动生成法相贴图。生成时可以根据需要，通过调整 Strength、Level、Blur 等参数进行样式微调，并且能够实时预览。调整好后点击 Download 下载即可。

贴图在线制作工具传送门：NormalMap-Online

通过多次调节优化，最终使用的法相贴图如下图所示。

使用上面生成的素材，现在进行奖牌模型的构建。正面和背面使用个人信息材质，其他面使用金属材质。然后遍历对所有面调整金属度和粗糙度样式。

let segmentMap = new THREE.MeshPhysicalMaterial({map: new THREE.TextureLoader().load(segmentTexture), normalMap: new THREE.TextureLoader().load(normalMapTexture) });
let metalMap = new THREE.MeshPhysicalMaterial({map: new THREE.TextureLoader().load(metalTexture)});
// 创建纹理数组
const boxMaps = [metalMap, metalMap, metalMap, metalMap, segmentMap, segmentMap];
// 💡 立方体长宽高比例需要和贴图的大小比例一致，厚度可以随便定
box = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(297, 456, 12), boxMaps);
box.material.map(item => {
  // 材质样式调整
  item.metalness = .5;
  item.roughness = .4;
  item.refractionRatio = 1;
  return item;
});
box.scale.set(0.085, 0.085, 0.085);
box.position.set(-22, 2, 0);
box.castShadow = true;
meshes.push(box);
scene.add(box);

上面 4 张效果图依次对应的是：

  • 图1：创建没有贴图的 BoxGeometry，只是一个白色的立方体。
  • 图2：立方体添加 材质贴图，此时没有凹凸效果。
  • 图3：立方体添加 法相贴图，此时产生凹凸效果。
  • 图4：调节立方体材质的 金属度、粗糙程度 和 反射率，更具有真实感。

Three.js 中的贴图

贴图类型

  • map：材质贴图
  • normalMap：法线贴图
  • bumpMap：凹凸贴图
  • envMap：环境贴图
  • specularMap：高光贴图
  • lightMap：光照贴图

贴图原理

通过纹理贴图加载器 TextureLoader() 去新创建一个贴图对象出来，然后再去调用里面的 load() 方法去加载一张图片，这样就会返回一个纹理对象，纹理对象可以作为模型材质颜色贴图 map 属性的值，材质的颜色贴图属性 map 设置后，模型会从纹理贴图上采集像素值。

MeshPhysicalMaterial 物理材质

MeshPhysicalMaterial 类是 PBR 物理材质，可以更好的模拟光照计算，相比较高光网格材质MeshPhongMaterial 渲染效果更逼真。

如果你想展示一个产品，为了更逼真的渲染效果最好选择该材质，如果游戏为了更好的显示效果可以选择 PBR 材质 MeshPhysicalMaterial，而不是高光材质 MeshPhongMaterial。

特殊属性

  • .metalness 金属度属性：表示材质像金属的程度。非金属材料，如木材或石材，使用 0.0，金属使用 1.0，中间没有（通常）. 默认 0.5. 0.0 到 1.0 之间的值可用于生锈的金属外观。如果还提供了粗糙度贴图 .metalnessMap，则两个值都相乘。
  • .roughness 粗糙度属性：表示材质的粗糙程度. 0.0 表示平滑的镜面反射，1.0 表示完全漫反射. 默认 0.5. 如果还提供粗糙度贴图 .roughnessMap，则两个值相乘.
  • .metalnessMap 金属度贴图：纹理的蓝色通道用于改变材料的金属度.
  • .roughnessMap 粗糙度贴图：纹理的绿色通道用于改变材料的粗糙度。

注意使用物理材质的时候，一般需要设置环境贴图 .envMap。

加载1000+文字模型

1000+ 字样的模型使用 THREE.LoadingManager 和 FBXLoader 加载。详细使用方法也不再本文中赘述，可参考文章末尾链接查看我的其他文章，里面有详细描述。

const manager = new THREE.LoadingManager();
manager.onProgress = async(url, loaded, total) => {
  if (Math.floor(loaded / total * 100) === 100) {
    // 设置加载进度
    _this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
    // 加载镜头移动补间动画
    Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: 4, z: 60 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 3600, () => {});
  } else {
    _this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
  }
};
const fbxLoader = new FBXLoader(manager);
fbxLoader.load(textModel, mesh => {
  mesh.traverse(child => {
    if (child.isMesh) {
      // 生成阴影
      child.castShadow = true;
      // 样式调整
      child.material.metalness = 1;
      child.material.roughness = .2;
      meshes.push(mesh);
    }
  });
  mesh.position.set(16, -4, 0);
  mesh.rotation.x = Math.PI / 2
  mesh.scale.set(.08, .08, .08);
  scene.add(mesh);
});

补间动画

相机移动实现漫游等动画，页面打开时，模型加载完毕从大变小的动画就是通过 TWEEN 实现的。

animateCamera: (camera, controls, newP, newT, time = 2000, callBack) => {
  var tween = new TWEEN.Tween({
    x1: camera.position.x, // 相机x
    y1: camera.position.y, // 相机y
    z1: camera.position.z, // 相机z
    x2: controls.target.x, // 控制点的中心点x
    y2: controls.target.y, // 控制点的中心点y
    z2: controls.target.z, // 控制点的中心点z
  });
  tween.to({
    x1: newP.x,
    y1: newP.y,
    z1: newP.z,
    x2: newT.x,
    y2: newT.y,
    z2: newT.z,
  }, time);
  tween.onUpdate(function (object) {
    camera.position.x = object.x1;
    camera.position.y = object.y1;
    camera.position.z = object.z1;
    controls.target.x = object.x2;
    controls.target.y = object.y2;
    controls.target.z = object.z2;
    controls.update();
  });
  tween.onComplete(function () {
    controls.enabled = true;
    callBack();
  });
  tween.easing(TWEEN.Easing.Cubic.InOut);
  tween.start();
}

动画更新

最后不要忘了要在 requestAnimationFrame 中更新场景、轨道控制器、TWEEN、以及模型的自转等。

// 监听页面缩放，更新相机和渲染
function onWindowResize() {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}
function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
  stats && stats.update();
  controls && controls.update();
  TWEEN && TWEEN.update();
  // 奖牌模型自转
  box && (box.rotation.y += .04);
}

礼花动画

最后，通过 box-shadow 和简单的 CSS 动画，给页面添加礼花绽放效果，营造欢庆氛围！

<div className="firework_1"></div>
<div className="firework_2"></div>
<!-- ... -->
<div className="firework_10"></div>

样式动画：

[class^=firework_] {
  position: absolute;
  width: 0.1rem;
  height: 0.1rem;
  border-radius: 50%;
  transform: scale(8)
}
.firework_1 {
  animation: firework_lg 2s both infinite;
  animation-delay: 0.3s;
  top: 5%;
  left: 5%;
}
@keyframes firework_lg {
  0%, 100% {
    opacity: 0;
  }
  10%, 70% {
    opacity: 1;
  }
  100% {
    box-shadow: -0.9rem 0rem 0 #fff, 0.9rem 0rem 0 #fff, 0rem -0.9rem 0 #fff, 0rem 0.9rem 0 #fff, 0.63rem -0.63rem 0 #fff, 0.63rem 0.63rem 0 #fff, -0.63rem -0.63rem 0 #fff, -0.63rem 0.63rem 0 #fff;
  }
}

实现效果：

完整代码

总结

本文中主要涉及到的知识点包括：

  • Three.js 提供的光源
  • THREE.DirectionLight 平行光
  • THREE.HemisphereLight 半球光光源
  • THREE.AmbientLight 环境光
  • 奖牌 UI 素材生成
  • Three.js 中的贴图
  • MeshPhysicalMaterial 物理材质
  • TWEEN 镜头补间动画
  • CSS 礼花动画

以上就是使用Three.js制作一个3D奖牌页面的详细内容，更多关于Three.js 3D奖牌的资料请关注阿兔在线工具其它相关文章！

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