三维空间中绘制点线面UV贴图，万能的BufferGeometry(three.js实战4)

Posted 2021-06-28 点燃火柴

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了三维空间中绘制点线面UV贴图，万能的BufferGeometry(three.js实战4)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

使用BufferGeometry

1. 序言
2. 如何使用BufferGeometry
3. BufferGeometry使用示例
4. 示例代码

1. 序言

three.js 中提供了一系列绘制几何体的类，如BoxGeometry、SphereGeometry，PlaneGeometry、CircleGeometry、CylinderGeometry 等，使用这些类，可以快速创建对应的几何体，three.js同时提供了对应的 BoxBufferGeometry、SphereBufferGeometry，PlaneBufferGeometry、CircleBufferGeometry、CylinderBufferGeometry等直接使用缓存的构建几何体的 xxxBufferGeometry 类簇，这些类簇相比于 xxxGeometry 类簇，可以有效减少向 GPU 传输数据所需的开销，极大提高效率，但如果提供的这些几何都不能满足需求怎么办，这时就需要用到万能的 BufferGeometry ，通过它可以向缓存中传输几何体的顶点坐标、面索引、顶点颜色、顶点法向量、顶点UV甚至是自定义属性，使用自定义属性和着色器材质配合使用强大到无所不能

这里顺便说说ShaderMaterial-着色器材质和RawShaderMaterial-原始着色器材质，它们都支持GLSL语言编写的shader，不同之处是ShaderMaterial会把three.js内置attributes和uniforms一起传给shader，而RawShaderMaterial 不会向shader中传递任何内置属性

2. 如何使用BufferGeometry

2.1 创建BufferGeometry对象

创建BufferGeometry对象与创建其他THREE对象一样，非常简单，如下

const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

2.2 向BufferGeometry对象添加属性

这一步其实就是初始化绘制几何体所需的顶点坐标、面索引、顶点颜色、顶点法向量、顶点UV等信息，这些属性three.js都是内置属性，属性名已定死，例如：position，color，normal，index等

这一步可向BufferGeometry对象添加任意属性，我们以position属性和index为例说明一下

添加position属性
首先通过Float32Array类创建序列化数组，示例中是每3个数构成一个点，然后使用BufferAttribute类创建于BufferGeometry对象关联的存储缓存，最后使用setAttribute方法关联缓存，示例代码如下

//初始化存放顶点信息的序列化数组
const positions = new Float32Array([
  -5.0, 3.0, 0.0, //point0
  5.0, 3.0, 0.0, //point1
  6.0, -3.0, 0.0, //point2
  -6.0, -3.0, 0.0 //point3
]);

//设置顶点信息，第二个参数3表示三个数确定一个顶点
bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

其他一些相关的属性color，normal等以及自定义属性的添加都可以参数以上方式

添加index属性
index 属性与其他属性添加有一些不一样，序列化数组的类型是Uint16Array，不是通过setAttribute设置属性，而是直接设置到BufferGeometry实例的index属性下，使用BufferAttribute创建缓存数据是第二个参数为1，代表一个数就是一个索引信息

const indexs = new Uint16Array([
  0, 1, 2,
  3, 0
]);


//设置画面的索引
bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

2.3 创建Mesh

创建mesh需要两个参数一个几何体一个材质，几何体通过上述两步创建，创建材质时，如果设置的顶点颜色属性，且需要使用自定义的也是着色，要将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色

 //创建材质
 const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
   vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色
   side: THREE.DoubleSide
 });

 const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);

3. BufferGeometry使用示例

3.1 绘制点

首先创建BufferGeometry实例，然后创建存放顶信息的序列化数组，接着设置position属性，最后创建PointsMaterial材质并使用该材质创建Points对象，就可以完成点的绘制

function drawPointByBufferGeometry() {
  //创建BufferGeometry实例
  const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

  //初始化存放顶点信息的序列化数组
  const positions = new Float32Array([
    -5.0, 3.0, 0.0, //point0
    5.0, 3.0, 0.0, //point1
    6.0, -3.0, 0.0, //point2
    -6.0, -3.0, 0.0 //point3
  ]);

  //设置顶点信息
  bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));
  //创建点材质
  const material = new THREE.PointsMaterial({
    color: 'red',
    size: 2
  });

  const mesh = new THREE.Points(bufferGeom, material);
  scene.add(mesh);
}

绘制效果如下：
在这里插入图片描述

3.2 绘制线

创建BufferGeometry实例
使用 new THREE.BufferGeometry() 创建bufferGeom实例
设置position，color，index属性
position，color属性设置与之前的一样，请注意设置index属性时，index序列化数组的值为0, 1, 2, 3, 0 最终还要回到原点否则最后一条线无法绘制
创建Mesh
这里使用LineBasicMaterial创建材质，同样将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色，并使用Line创建线

function drawLineByBufferGeometry() {
  //创建BufferGeometry实例
  const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

  //初始化存放顶点信息的序列化数组
  const positions = new Float32Array([
    -5.0, 3.0, 0.0, //point0
    5.0, 3.0, 0.0, //point1
    6.0, -3.0, 0.0, //point2
    -6.0, -3.0, 0.0 //point3
  ]);

  //设置顶点信息
  bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

  //初始化存放颜色信息的序列化数组
  const colors = new Float32Array([
    1.0, 0.0, 0.0,
    0.0, 1.0, 0.0,
    0.0, 0.0, 1.0,
    0.0, 0.5, 0.5
  ]);
  //设置颜色信息
  bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));

  const indexs = new Uint16Array([
    0, 1, 2,
    3, 0
  ]);


  //设置画面的索引
  bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

  //创建材质
  const material = new THREE.LineBasicMaterial({
    vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色
    side: THREE.DoubleSide
  });

  const mesh = new THREE.Line(bufferGeom, material);
  scene.add(mesh);
}

在这里插入图片描述
绘制的结果如上如，会发现绘制的线和使用WebGL绘制线一样。会根据顶点颜色作插值计算

3.3 绘制面

创建BufferGeometry实例
使用 new THREE.BufferGeometry() 创建bufferGeom实例
设置position，color，index属性
position，color属性设置与之前的一样，需要注意的是设置index属性时，index序列化数组的值为0, 1, 2, 0, 2, 3 表示使用索引为0,1,2的点绘制一个三角面和使用索引为0,2,3的点绘制另一个三角面
创建Mesh
使用MeshBasicMaterial创建材质，也需要将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色，然后创建Mesh对象

function drawPlaneByBufferGeometry() {
  //创建BufferGeometry实例
  const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

  //初始化存放顶点信息的序列化数组
  const positions = new Float32Array([
    -5.0, 3.0, 0.0, //point0
    5.0, 3.0, 0.0, //point1
    6.0, -3.0, 0.0, //point2
    -6.0, -3.0, 0.0 //point3
  ]);

  //设置顶点信息
  bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

  //初始化存放颜色信息的序列化数组
  const colors = new Float32Array([
    1.0, 0.0, 0.0,
    0.0, 1.0, 0.0,
    0.0, 0.0, 1.0,
    0.0, 0.5, 0.5
  ]);
  //设置颜色信息
  bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));

  const indexs = new Uint16Array([
    0, 1, 2,
    0, 2, 3
  ]);


  //设置画面的索引
  bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

  //创建材质
  const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色
    side: THREE.DoubleSide
  });

  const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);
  scene.add(mesh);
}

在这里插入图片描述
绘制结果如上图，绘制了一个梯形，颜色同样根据顶点颜色进行了线性插值

3.4 绘制自定义UV贴图

其他的步骤与绘制面一样，不同的是需要添加uv属性，添加uv属性前先来捋一下uv坐标与顶点坐标的关系
在这里插入图片描述
上图是uv坐标与梯形顶点坐标的关系图，只需要按这个顺添加uv属性即可，需要注意的数uv坐标是一个Vector2类型，设置的时候需要注意，创建BufferAttribute时第二个参数为2，具体实现代码如下：

function drawPlaneByBufferGeometryUV() {
  //创建BufferGeometry实例
  const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

  //初始化存放顶点信息的序列化数组
  const positions = new Float32Array([
    -5.0, 3.0, 0.0, //point0
    5.0, 3.0, 0.0, //point1
    6.0, -3.0, 0.0, //point2
    -6.0, -3.0, 0.0, //point3

  ]);

  //设置顶点信息
  bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

  //初始化存放颜色信息的序列化数组
  const colors = new Float32Array([
    0.5, 0.3, 0.6,
    0.5, 0.3, 0.6,
    0.5, 0.3, 0.6,
    0.5, 0.3, 0.6,

  ]);
  //设置颜色信息
  bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));


  const indexs = new Uint16Array([
    0, 1, 2,
    0, 2, 3,
    4, 5, 6,
    4, 6, 7
  ]);


  //设置画面的索引
  bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

  const uvs = new Uint16Array([
    0, 1,
    1, 1,
    1, 0,
    0, 0,

  ]);
  //设置UV
  bufferGeom.setAttribute('uv', new THREE.BufferAttribute(uvs, 2));

  const planetTexture = new THREE.TextureLoader().load("../assets/textures/test.png");

  //创建材质
  const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    map: planetTexture,
    vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色
    side: THREE.DoubleSide
  });

  const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);
  scene.add(mesh);
}

在这里插入图片描述
上图为代码执行结果，可以看到狗狗贴图被正确加载到梯形上了

4. 示例代码

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>
  <title>使用BufferGeometry</title>
  <script type="text/javascript" src="../three/build/three.js"></script>
  <script type="text/javascript" src="../three/examples/js/controls/OrbitControls.js"></script>
  <script type="text/javascript" src="../three/examples/js/libs/stats.min.js"></script>
  <style>
    body {
      margin: 0;
      overflow: hidden;
    }
  </style>
</head>

<body>

  <div id="Stats-output"></div>
  <div id="WebGL-output"></div>

  <script type="text/javascript">
    var scene, camera, renderer, arrowLineTexture, flowingLineTexture, stats, controls, clock;

    function initScene() {
      scene = new THREE.Scene();
      //用一张图加载为纹理作为场景背景
      scene.background = new THREE.TextureLoader().load("../assets/textures/starry-deep-outer-space-galaxy.jpg");
    }

    function initCamera() {
      camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
      camera.position.set(20, 30, 50);
      camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
    }

    function initLight() {
      //添加环境光
      const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x0c0c0c);
      scene.add(ambientLight);

      const directionalLight = new THREE.DirectionalLight('#fff')
      directionalLight.position.set(30, 30, 30).normalize()
      scene.add(directionalLight)

      //添加聚光灯
      const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
      spotLight.position.set(-40, 60, -10);
      spotLight.castShadow = true;
      scene.add(spotLight);
    }

    function initModel() {
      //drawPointByBufferGeometry();
      //drawLineByBufferGeometry();
      //drawPlaneByBufferGeometry();
      drawPlaneByBufferGeometryUV();
      initPlane();

    }

    function drawPlaneByBufferGeometryUV() {
      //创建BufferGeometry实例
      const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

      //初始化存放顶点信息的序列化数组
      const positions = new Float32Array([
        -5.0, 3.0, 0.0, //point0
        5.0, 3.0, 0.0, //point1
        6.0, -3.0, 0.0, //point2
        -6.0, -3.0, 0.0, //point3

      ]);

      //设置顶点信息
      bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

      //初始化存放颜色信息的序列化数组
      const colors = new Float32Array([
        0.5, 0.3, 0.6,
        0.5, 0.3, 0.6,
        0.5, 0.3, 0.6,
        0.5, 0.3, 0.6,

      ]);
      //设置颜色信息
      bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));

      const indexs = new Uint16Array([
        0, 1, 2,
        0, 2, 3,
        4, 5, 6,
        4, 6, 7
      ]);

      //设置画面的索引
      bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

      const uvs = new Uint16Array([
        0, 1,
        1, 1,
        1, 0,
        0, 0,

      ]);
      //设置UV
      bufferGeom.setAttribute('uv', new THREE.BufferAttribute(uvs, 2));

      const planetTexture = 以上是关于三维空间中绘制点线面UV贴图，万能的BufferGeometry(three.js实战4)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 Primitive篇（贴图）
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