Vue+Three.js+Rhino三维建模研究学习

Posted 2021-04-16 web前端开发

最近在研究三维可视化，发现了一堆奇怪的问题，我好菜啊我怎么这么菜，记录一下过程和一些坑。

Three.js官网：https://threejs.org/
学犀牛中文论坛：http://www.xuexiniu.com/

最近在研究三维可视化，发现是个水很深的领域。Three.js是一个基于WebGL的三维可视化库，功能很强大，官网上有很多炫酷的例子。

Rhino是一个类似3Dmax的建模软件，为什么不用3Dmax……是因为Mac电脑装不了3Dmax ╮（╯＿╰）

官网的Documentation中对Three.js的基础用法介绍的很详细，这里就不般教程了，只是稍微记录下这两天学习（爬坑）的过程。

警告⚠️：本篇不是个详细的Three.js教程，事实上，Vue，Three.js，Rhino单拎出来都不是很困难，遇到的大部分问题都是因为作者心血来潮要同时用这仨。

一. 环境搭建

Three.js的官网教程是基于html+js的，集成到Vue里直接npm或者yarn装就行了。

npm install three

Vue是我们的老朋友了这里就不讲相关知识啦，在我们的Vue工程里，引入Three，并创建一个简单的场景。

Three.js三要素场景Scene、相机Camera、渲染器Renderer，场景Scene定义了整体空间，用于保存、追踪所渲染物体；相机Camera定义了观察场景的角度；渲染器Renderer最终在浏览器中渲染出画面。

所以我们在Vue的data里，先定义好camera, scene, renderer，初值给null即可。

<template> <div class="area"> <!-- Three.js主体展示 --> <div id="container"></div> </div></template><script>import * as THREE from 'three'
export default { name: 'ThreeTest', data() { return { camera: null, scene: null, renderer: null, } } methods: { }}</script>

接下来在method里面创建场景，基本是跟在html里写没什么差别。关于相机，渲染器的基本参数请参照官网api。

methods: { init() { let container = document.getElementById('container');
 this.scene = new THREE.Scene();
 this.camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, container.clientWidth/container.clientHeight, 0.1, 1000); this.camera.position.x = 40; this.camera.position.y = 40; this.camera.position.z = 40; this.camera.lookAt(this.scene.position);
 this.renderer = new THREE.WebGLRenderer(); this.renderer.setClearColor(0xEEEEEE); //背景色 this.renderer.setSize(container.clientWidth, container.clientHeight); //场景大小 this.renderer.shadowMap.enabled = true; //启用阴影
 console.log(scene); console.log(camera); console.log(renderer);
 container.appendChild(this.renderer.domElement); this.renderer.render(this.scene, this.camera); } }, mounted() { this.init(); }

添加完毕后，虽然屏幕上一片灰啥都没有，但我们可以在控制台输出场景、相机、渲染器参数查看。自此，证明我们已经在Vue里成功创建了一个three.js的三维场景。

Three.js三要素

如果控制台遇到问题

"ReferenceError: THREE is not defined"

请确定导入的时候是不是写对了

import * as THREE from 'three'

二. Three.js基础元素

Step1: 坐标系建立
为了便于查看，先在场景中建立一个直角坐标系，包括坐标轴和平面。

//添加坐标轴 let axes = new THREE.AxesHelper(20); this.scene.add(axes);
 //平面 let planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(60,20) let planeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0xcccccc}); let plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial); plane.receiveShadow = true; plane.rotation.x = -0.5* Math.PI; this.scene.add(plane);

为了渲染，还需要加个光源，不然所有元素都会是一片黑色。

let spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff); spotLight.position.set(40, 80, -20); spotLight.castShadow = true;  this.scene.add(spotLight);

在Three.js的坐标系里，红色是x轴，绿色是y轴，蓝色是z轴。注意这时候根据我们的设定，相机位置在（40，40，40），所以看到的是如下效果。可以适当调整相机位置感受一下坐标变换。

坐标系建立

Step2: 添加几何体
下面给这个场景加两个几何体。加一个球和一个方块。
首先在data里加上cube和sphere用来存储球和方块。

data() { return { …… sphere:null, cube:null, } }

然后init方法里定义一下位。

//方体 let cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(5, 5, 5); let cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0xffee6b}); this.cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial); this.cube.castShadow = true; this.cube.position.x = -10; this.cube.position.y = 10; this.scene.add(this.cube);
 //球体 let sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(2, 20, 20); let sphereMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x7777ff}); this.sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMaterial); this.sphere.castShadow = true; this.sphere.position.x = 20; this.sphere.position.y = 5; this.sphere.position.z = 0; this.scene.add(this.sphere);

立体几何学的好，坐标设置无烦恼。
MeshLambertMaterial 是Three.js中一种不太亮的纯色材质，Three.js中的材质还有很多，可以去官网文档的Materials那栏多尝试几个。

立方体和球

推荐试一下 MeshNormalMaterial ，效果非常炫酷。

MeshNormalMaterial

Step3: 添加动画
现在我们想让这两个元素动一动，所以新建一个animate方法。（记得先在data里定义好step，用来作为球移动的变量。）

 animate()  {  requestAnimationFrame(this.animate); //旋转方体 this.cube.rotation.x += 0.02; this.cube.rotation.y += 0.02;
 //弹跳球 this.step += 0.03; this.sphere.position.x = 10 + ( 10 * (Math.cos(this.step))); this.sphere.position.y = 2 + ( 10 * Math.abs(Math.sin(this.step)));
 this.renderer.render(this.scene, this.camera); }

并且在mounted里把animate加上。

mounted() { this.init(); this.animate(); }

为了光效更好一些我们可以在init中刚刚定义光源的地方加个环境光源。

let ambiColor = "#523318"; let ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);this.scene.add(ambientLight);

这样元素就动起来了，不会上传动图请假装下面是个动图。

我想起那天夕阳下的弹球，那是我逝去的……

Step4: 添加纹理贴图
现在方块和球的颜色都是我们自己定的rgb颜色，但是三维模型一般都是需要贴图的，（我在给外部Obj贴图的时候遇到了个很大的坑！这个第四部分再述。）Three.js中，提供 TextureLoader 可以直接加载外部纹理图片。

比如我们有一张伊丽莎白痴呆图。在Vue中，需要把它放在public静态资源文件夹下。（Vue3.0之前的工程应该是static文件夹。）这里静态资源不建议跟代码放在同一目录，因为Vue工程会自动变动目录地址，可能会匹配不到。

不是假发是伊丽莎白

Vue的静态资源文件夹

之后，用 TextureLoader 加载图片。注意引用静态资源直接加个 / 就行。

//加载纹理 new THREE.TextureLoader().load('/Elizabeth.jpg', texture => { this.cube.material = new THREE.MeshLambertMaterial({map: texture}); });

这时，场景中的方块就贴上了图。

我想起那天夕阳下的伊丽莎白……

三. 添加Control组件

Three.js里一般用gui.dat作为辅助的控制组件，Vue添加gui.dat基本上没遇到什么坑。Html里怎么写的，除了把控制变量都放Data里定义，其他写法照搬过来就行。

npm install dat.gui

import dat from 'dat.gui'

之后使用方式基本跟在html中一样了，这里就不逐行介绍了。比如希望控制立方体旋转速度和小球弹跳速度，Data里先定义好两个速度变量。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
data() { return { …… step:0, controls: { rotationSpeed: 0.02, bouncingSpeed: 0.03 } } },
 
   
   
 

method里增加方法初始化gui，并在init中调用一下。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
 initgui() { const gui = new dat.GUI(); // gui监测器 gui.add(this.controls, 'rotationSpeed', 0, 0.2); gui.add(this.controls, 'bouncingSpeed', 0, 0.2); this.init(); },
 
   
   
 

之后改一下animate，将动画绑定到controls中。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
let { controls } = this requestAnimationFrame(this.animate); //旋转方体 this.cube.rotation.x += controls.rotationSpeed; this.cube.rotation.y += controls.rotationSpeed;
 //弹跳球 this.step += controls.bouncingSpeed; this.sphere.position.x = 10 + ( 10 * (Math.cos(this.step))); this.sphere.position.y = 2 + ( 10 * Math.abs(Math.sin(this.step)));
 this.renderer.render(this.scene, this.camera);
 
   
   
 

这样，就能通过控制组件改变动画速度。

控制组件

四. 引入外部三维模型

现在，终于要轮到我们Rhino出场了ヾ(≧▽≦*)o。这一步非常不顺利会有很多坑，我用加粗注明了。

我们首先在Rhino中建个模型。怎么建模的就不讲了，总之我们有了一条草鱼（草纹理的鱼，简称草鱼）。

草鱼建模

然后，把这个模型导出成obj文件。会看到包括一个obj，一个mtl和一个png文件。obj是模型的基本轮廓，没有颜色。mtl是相关联的色彩配置文件。png就是mtl里用到的纹理图片。把这三个文件都放到public文件夹下。

草鱼模型文件

这里的第一个坑，是如果不放到public里面，可能会报以下错误，因为vue会编译时会更改资源路径。

Uncaught Error: THREE.OBJLoader: Unexpected line: “”

Three.js可以加载多种3D模型，需要单独引入js文件。但放到Vue里，毕竟不是引个js就能搞定的事，首先要保证npm上有这些加载模型的工具包。好在常见的Obj，Stl加载工具都是有的。

npm install three-obj-mtl-loader

装完后引入。

import { MTLLoader, OBJLoader } from 'three-obj-mtl-loader'

我们去掉刚刚的屏幕，立方体和弹球，或者新建另一个组件，加载这条鱼。
首先data里定义一个数据存放鱼。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
data() { return { camera: null, scene: null, renderer: null, fish: null, } }
 
   
   
 

然后method里用MTLLoader和OBJLoader加载鱼。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
 init() {  …… //加载模型 let mtlLoader = new MTLLoader(); let objLoader = new OBJLoader(); mtlLoader.load('/fish.mtl', (materials) => { materials.preload(); objLoader.setMaterials(materials); objLoader.load('/fish.obj', (object) => { object.scale.set(1, 1, 1); this.fish = object; this.scene.add(object); }) }) …… }, animate() { requestAnimationFrame(this.animate); if(this.fish){ this.fish.rotation.y += 0.006; } this.renderer.render(this.scene, this.camera); }
 
   
   
 

这里的第二个坑是如果模型没有显示，并且控制台也不报错，请先在控制台输出scene，确认模型是不是被加载上了。一般来讲都是因为相机视角不对，把相机位置和模型的缩放比例调一调，理论上就可以看到。

object.scale.set(1, 1, 1);  对于有些模型，可能要放大到100倍才能看到，也有些模型可能要缩小到0.1.

调整完毕后，OK，有一条鱼在动了！

鱼模型

但是为什么是条黑鱼不是草鱼(⊙ˍ⊙)？纹理没有加载上，整个模型呈黑色。

这是第三个坑，经测试，如果用的是html+js，其实是没有任何问题的可以看到草鱼，但是在Vue里，大概又是路径的配置问题，其实mtl并没有获取到对应的png。需要我们打开mtl文件做一些更改。

mtl文件详情

可以看到最后一行，是匹配到Grass.png中的，我们将它改成。

map_Kd /Grass.png

对，就加上一个 / 路径(°ー°〃)。再回到浏览器里，发现纹理已经加上了。

草鱼

当然，很多情况下，加载模型的时候会出现各种纹理加载不上的状况，所以这里介绍另一种曲线救国的万能解决方法。
就是只加载obj，然后手动用前文所说的 TextureLoader 自己加载纹理。

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
//曲线救国加载纹理 new OBJLoader().load('/fish.obj' , obj => { let texture = new THREE.TextureLoader().load('/Grass.png'); let material = new THREE.MeshLambertMaterial( { map: texture } ); obj.children.forEach(child => { child.material = material; }); this.fish = obj; this.scene.add(obj); })
 
   
   
 

效果也是一样的！改个背景色，于是：

水中草鱼

五. 总结

Three.js很强大，三维可视化还有很大的发展空间，篇幅所限，以后再对材质，纹理，动画做更深入研究。本文中记录的坑希望大家不要遇到。