three.js提供的几何体

Posted 2020-09-12 Heavi的博客

1.简单几何体

    three.js提供的稍微简单点的几何体包括有：PlaneGeometry(平面)、CircleGeometry（圆形）、ShapeGeometry（塑性）、CubeGeometry（立方体）、CylinderGeometry（圆柱）、TorusGeometry（圆环）、TorusKnotGeometry（画面扭结）、PolyhedronGeometry（多面体）、IcosahedronGeometry（二十面体）、OctahedronGeometry（八面体）、TetraHedronGeometry（四面体）。

    稍微复杂点的几何体包括有：ConvexGeometry（凸面体）、LatheGeometry（扫描体）、ExtrudeGeometry（拉伸几何体）、TubeGeometry（管状体）ParameterGeometry（参数几何体）、TextGeometry（文本几何体）。

2.二维几何体PlaneGoemetry

    PlaneGeoemtry是矩形态的平面几何体，初始化也很简单，需要4个参数：

new THREE.PlaneGeometry(10, 14, 4, 4)

    4个参数分别是width、height、widthSegment、heightSegment。其中widthSegment指定矩形的宽度应该划成几段，这里是在width和height方向都划分成4段。如下所示：

3.同时显示几何体的面和网状结构

    可通过THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject来为几何体添加多个材质，从而由显示面的颜色也显示网状结构。实现代码可参考下面：

var meshMaterial = new THREE.MeshNormalMaterial();
                meshMaterial.side = THREE.DoubleSide;
                var wireFrameMat = new THREE.MeshBasicMaterial();
                wireFrameMat.wireframe = true;

                var plane = THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject(new THREE.PlaneGeometry(10, 14, 4, 4), [meshMaterial, wireFrameMat]);

    createMultiMaterialObject函数第一个参数是一个几何体对象，第二个参数是材质的数组，可传递多个。其实最终生成的是多个物体，只不过都重叠在一起。

4.CircleGeometry

    很容易理解CircleGeoemtry用来画平面元的。属性包括:

    属性/是否必填/描述
    radius/是/定义啊圆的半径
    segments（分段）/否/定义创建圆所有面的数量，最少三个。如果没有指定默认为8
    thetaStart(起始角)/否/定义从哪儿开始画圆。取值从0到2*PI
    thetaLength(角度)/否/定义圆要花多大。如果没有指定，默认为2*PI整圆。如果指定为0.5PI则为四分之一个圆

5.ShapeGeometry

    PlaneGeometry和CircleGeometry只有有限的方法来定制他们的外观。如果想创建一个自定义的二维图形，可以使用ShapeGeometry。ShapeGeometry没有比的选项可以定制图形。一般都是先创建一个Shape图形。用Shape图形绘图。Shape对象提供的函数绘制函数包括:
    moveTo(x, y)/将绘图点移动到x、y坐标处
    lineTo(x, y)/从当前位置绘制一条线到指定的x、y坐标处
    quadriCurveTo(aCPx, aCPy, x, z)(二次曲面)/定义曲面，可以使用quadraticCurveTo函数或者bezierCurveTo函数绘制曲面。
    bezierCurveTO(aCPx1, aCPy1, aCPx2, aCPy2, x, y)/画一条曲线。该曲线的绘制是基于两个定义曲线的坐标以及重点坐标（x，y）。起始点是当前位置。
    splineThru(pts)/该函数沿着提供的坐标集合绘制一条光华曲线。这个参数应该是THREE.Vector2的对象数组
    arc(ay, ay, aRadius, aSTartAngle, aEndAngle, aClockwise)/画圆或者一段圆弧。圆弧起始于当前位置。ax和ay用来指定圆心与当前位置之间的偏移量。aRadius设置圆大小，而aSTartAgnle和aEndAngle定义圆弧要画多长。布尔aCockwise决定这段圆弧是顺时针还是逆时针
    absArc(ay, ay, aRadius, aSTartAngle, aEndAngle, aClockwise)/参考arc,其位置是绝对的，而不是相对于当前位置
    ellipse(aX, aY, xRadius, aStartAngle, aEndAngle, aClockwise))/参考arc。作为补充，通过ellipse函数可以分别制定x轴半径和y轴半径
    absEllipse(aX, aY, xRadius, yRadius, aStartAngle, aEndAngle, aClockwise)/参考ellipse描述。起位置时绝对，而不是相对于当前位置的相对值

    Shape对象属性holes，通过往这个属性中国添加THEE.Shape对象，你可以在图形中打几个洞。Shape对象本身也有几个辅助函数，可永安里创建几何体。如下所示：

    makeGeometry/该函数从shape对象返回一个ShapeGeometry对象
    createPointsGeometry(divisions)/改函数将图形转换成一个点集。属性divisions分段数定义返回点的数目
    createSpacedPointsGeoemtry(divisions)/该函数将图形转换为一个点集，但是这一次，分段数是一次性地应用到整个路径上
如果用createPointsGeometry或者createSpacedPointsGeometry函数创建一个点集，你可用这些点创建线段
   new THREE.Line(shape.createPointsGeometry(10), new THREE.LineBasicMateial({color: 0xff3333, linewidth: 2})

6.SphereGeometry

    这个几何体非常灵活，可以用来创建所有跟球体相关的几何体。下表中的属性可用来调整结果网格的外观：

    属性/是否必填/描述   

    radius/否/该属性设置球体的半径

    widthSegments/否/指定竖直方向上的分段数。默认为8，最小为2

    hieghtSegments/否/指定水平方向的分段数。默认为6，最小为2

    phiStart/否/指定从x轴的什么地方开始绘制。取值范围从0到2*PI。默认为0

    phiLength/否/指定从phiStart开始画多少。2*PI是整球，0.5*PI是四分之一球

    thetaStart/否/指定从y轴的什么地方开始绘制。取值范围从0到PI。默认为0

    thetaLength/指定从theata开始画多少。PI是征求，0.5PI只会绘制上半球

7.CylinderGeometry

    创建CylinderGeometry时，没有必须提供的参数。直接调用new THREE.CylinderGeometry()即可创建一个圆柱。属性列表如下：

    radiusTop/圆柱顶部尺寸，默认是20

    radiusBottom/设置圆柱底部的尺寸，默认是20

    height/属性设置圆柱的高度，默认是100

    segmentsX/该属性设置沿x轴分成多少段，默认是8.这个数字越大，圆柱越光滑

    segmentsY/该属性设置沿y轴分成多少段

    openEnded/指定网格的顶部和底部是否封闭。默认为false

8.TorusGeometry

    Torus圆环是一种简单的图形，看上去像甜甜圈。创建TorusGeometry没有必须提供的参数。参数列表为：

    radius/设置完整环的尺寸，默认为100

    tube/设置是管子的半径。默认为40

    radialSegments/这个参数设置的是沿圆环长度方向分成的段数。默认是8

    tabularSegments/这个参数设置沿圆环宽度方向分成的段数。默认是6

    arc/通过该属性值，可以孔子是否绘制一个完整的圆环。默认是 2*PI

9.ConvexGeometry

    通过ConvexGeometry可以在一组点的外面建立一个凸面。所谓凸面就是包围这组点的最小图形。如下面的代码，创建了一组随机的点，使用new THREE.ConvexGeometry(points)初始化这个包面图形。

function generatePoints(){
                var points = [];
                for(var i = 0; i < 20; i++){
                    var randomX = -15 + 30 * Math.random();
                    var randomY = -15 + 30 * Math.random();
                    var randomZ = -15 + 30 * Math.random();

                    points.push(new THREE.Vector3(randomX, randomY, randomZ));
                }

                spGroup = new THREE.Object3D();
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xff0000, wireframe: true});
                points.forEach(function(point){
                    var sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(0.2);
                    var mesh = new THREE.Mesh(sphereGeometry, material);
                    mesh.position.copy(point);
                    spGroup.add(mesh);
                });
                scene.add(spGroup);

                var hullGeometry = new THREE.ConvexGeometry(points);
                hullMesh = createMesh(hullGeometry);
                scene.add(hullMesh);
            }

10.TubeGeometry

    TubeGeometry沿着一条三维样条曲线拉伸出一根管道。你可以通过指定顶点来定义路径，然后TubeGeometry就可以创建这根管子。如下面的代码：

function generatePoints(points, segments, radius, radiusSegments, closed){
                spGroup = new THREE.Object3D();
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xff0000, transparent: false});
                points.forEach(function(point){
                    var spGeom = new THREE.SphereGeometry(0.2);
                    var spMesh = new THREE.Mesh(spGeom, material);
                    spMesh.position.copy(point);
                    spGroup.add(spMesh);
                });
                scene.add(spGroup);

                var tubeGeometry = new THREE.TubeGeometry(new THREE.SplineCurve3(points), segments, radius, radiusSegments, closed);
                tubeMesh = createMesh(tubeGeometry);
                scene.add(tubeMesh);
            }

    points是一组Vector3集合，但TubeGeometry不能直接使用，必须要转换成THREE.SplineCurve3创建样条。而且这个参数是比传的。其他属性如下列表：

    属性/是否必须/描述

    path/是/该属性用一个THREE.SplineCurve3对象指定管道应当遵循的路径

    segments/否/管道所有的分段数。默认64.路径越长，指定的分段数应该越多

    radius/否/管道半径，默认为1

    radiusSegments/否/管道圆周的分段数。默认是8.分段数越多，管道看上去越圆滑

    closed/否/如果为true，管道的头和尾会连起来。默认为false

11.textGeometry

    text几何体的创建代码可参考如下：

this.asGeom = function(){
                scene.remove(text1);
                scene.remove(text2);

                var option = {
                    size: controls.size,
                    height: controls.height,
                    weight: controls.weight,
                    font: controls.font,
                    bevelThickness: controls.bevelThickness,
                    bevelSize: controls.bevelSize,
                    bevelSegments: controls.bevelSegments,
                    bevelEnabled: controls.bevelEnabled,
                    curveSegments: controls.curveSegments,
                    steps: controls.steps
                }

                text1 = createMesh(new THREE.TextGeometry("Learning", option));
                text1.position.z = -100;
                text1.position.y = 100;
                scene.add(text1);

                text2 = createMesh(new THREE.TextGeometry("Three.js", option));
                scene.add(text2);
            }

    和其他几何体创建方式一样，只是初始化时调用new THREE.TextGeometry对象，第一个参数是传递的文字。第二个参数是几何体的属性。属性列表如下：

    属性/是否必须/描述

    size/否/指定文字的大小。默认100

    height/否/指定拉伸的程度。默认是50

    weight/否/指定字体的权重。可选的值是normal、bold。默认normal

    font/否/指定要使用的字体名。默认是helvetiker

    style/否/字体样式。可选值包括normal、italic。默认是normal

    bevelThickness（斜角厚度）/否/指定斜角的深度。斜角是前后面和拉伸面之间的倒角。默认是10

    bevelSegments(斜角分段数)/斜角的分段数。默认是3

    bevelSize/否/指定斜角的高度。默认为8

    bevelEnabled/否/如果设置为true，就会有斜角。默认为false

    curveSegments（曲线分段数）/否/定义拉伸体被分成几段。默认为1.

    steps（拉伸体段数）/否/拉伸体被分成多少段。默认为1

    extrudePath/否/指定图形沿着什么路径拉伸。如果没有指定，图形沿着z轴拉伸

    material/否/定义前后面所用材质的索引。用函数THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject创建网格

    extrudeMateria(拉伸材质）/否/指定斜角和拉伸体所用材质的索引。用函数THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject创建网格

12添加自定义字体

    Three.js提供了几种可以在场景中使用的字体。这些字体技术是由typeface.js(http://typeface.neocracy.org)提供的字体。typeface.js是一个可以将TrueType和OpenType字体转换为javascript库。转换出来的Javascript文件可以包含在你的页面，然后即可在Three.js中使用。

    要转换已有的OpenType或TrueType字体，可以使用网页http://typeface.neocracy.org/fonts.html。你可以在这个网站上上传一个字体，然后它就会把该字体转化成javascript。要包含这个字体。只要在html页面顶部引用这个javascript文件即可。

13.使用二元操作组合网格

    我们可以把标准的几何体组合在一起创建出一个新的几何体。实现这个功能，我们可以使用Three.js扩展库ThreeBSP。下载地址为：https://github.com/skalnik/ThreeBSP。这个扩展库提供了三个函数：

    intersect(相交)/可以在两个几何体的交集上创建出新的几何体。两个几何体相互交叠的地方就是新的几何体

    union(联合)/将两个几何体联合在一起创建出新的几何体。可以将这个函数与mergeGeometry函数想比较

    subtract(相减)/可以在第一个几何体中减去两个几何体交叠的部分，从而创建出新的几何体

    下面代码是使用ThreeBSP的代码，使用也比较简单：

function redrawResult(){
            showSpinner();

            //异步执行，避免锁定线程
            setTimeout(function(){
                scene.remove(result);
                var sphere1BSP = new ThreeBSP(sphere1);
                var sphere2BSP = new ThreeBSP(sphere2);
                var cubeBSP = new ThreeBSP(cube);

                var resultBSP;

                switch(controls.actionSphere){
                    case "subtract":
                        resultBSP = sphere1BSP.subtract(sphere2BSP);
                        break;
                    case "intersect":
                        resultBSP = sphere1BSP.intersect(sphere2BSP);
                        break;
                    case "union":
                        resultBSP = sphere1BSP.union(sphere2BSP);
                        break;
                    case "none":
                        break;
                }

                if(!resultBSP) resultBSP = sphere1BSP;
                switch(controls.actionCube){
                    case "subtract":
                            resultBSP = cubeBSP.subtract(resultBSP);
                        break;
                    case "intersect":
                            resultBSP = cubeBSP.intersect(resultBSP);
                        break;
                    case "union":
                            resultBSP = cubeBSP.union(resultBSP);
                        break;
                    case "none":
                        break;
                }

                if(controls.actionCube === "none" && controls.actionSphere === "none"){

                }else{
                    result = resultBSP.toMesh();
                    result.geometry.computeFaceNormals();
                    result.geometry.computeVertexNormals();
                    scene.add(result);
                }

                hideSpinner(spinner);
            }, 200);
        }

    要使用运算函数，需要把geometry转换成ThreeBSP对象。代码resultBSP = sphere1BSP.subtract(sphere2BSP)最终的结果是sphere1BSP几何体减去和sphere2BSP重叠的部分后剩下的几何体。

    运算完成后直接调用result.BSP.toMesh()函数即可得到网格。但还需要调用computeFaceNormals和computeVertexNromals函数，这是因为执行二元操作之后，几何体中心店和面的法向量可能会变化。Three.js在着色器中会用到面法向量和顶点法向量。明确地重新计算面和顶点法向量，可保证新生成的对象着色光滑。