使用threejs实现炫酷的酸性风格3D页面

发表于

小知识，大挑战！本文正在参与“程序员必备小知识”创作活动。

背景

近期学习了 WebGL 和 Three.js 的一些基础知识，于是想结合最近流行的酸性设计风格，装饰一下个人主页，同时总结一些学到的知识。本文内容主要介绍，通过使用 React + three.js 技术栈，加载 3D模型、添加 3D文字、增加动画、点击交互等，配合样式设计，实现充满设计感的 🤢 酸性风格页面。

基础知识

Three.js

Three.js 是一款基于原生 WebGL封装运行在浏览器中的 3D引擎，可以用它创建各种三维场景，包括了摄影机、光影、材质等各种对象。是一款使用非常广泛的三维引擎。可以在 three.js官方中文文档 进一步深入学习。

酸性设计

酸性设计 一词翻译自 Acid Graphics，起源于 上世纪90年代 的酸浩室音乐、电子舞曲以及嬉皮士文化。在设计领域，这种酸性美学承载一种 自由的主张，怪诞的图形，大胆鲜明的配色，特殊的材料质感，搭配多种字体，组成了独特的酸性设计风格。

总之，鲜艳高饱和度 的色彩组合；黑灰色打底高饱和 荧光色 点缀画面的 五彩斑斓的黑；充满未来感、炫酷、充满科技感的液态金属、玻璃、铝箔塑料等材质；随机 的元素、图形的布局；不断 重复、裁切、组合 几何图形 等都是酸性设计风格。酸性风格在音乐专辑封面、视觉海报、书籍电影封面、网页设计中也逐渐开始流行。

实现效果

在线预览：tricell.fun

实现

3D模型

场景初始化

🌏 创建场景
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ts复制代码scene = new THREE.Scene();
📷 初始化相机

透视相机 PerspectiveCamera 的 4个 参数分别是指：视场、长宽比、近面、远面。

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ts复制代码camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
// 设置相机位置
camera.position.set(600, 20, -200);
// 相机聚焦到屏幕中央
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
💡 初始化光源

添加 半球光源 HemisphereLight：创建室外效果更加自然的光源

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ts复制代码light = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0x444444);
light.position.set(0, 20, 0);
scene.add(light);
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
light.position.set(0, 20, 10);
light.castShadow = true;
scene.add(light);

添加 环境光 AmbientLight：

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ts复制代码var ambiColor = '#0C0C0C';
var ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);
scene.add(ambientLight);

添加辅助工具（可选）

📦 添加辅助网格

GridHelper 可用于添加网格辅助线，也可用于装饰，通过 GridHelper(size, divisions, colorCenterLine, colorGrid) 实现。

  • size：网格宽度，默认值为 10。
  • divisions：等分数，默认值为 10。
  • colorCenterLine：中心线颜色，默认值为 0x444444。
  • colorGrid： 网格线颜色，默认值为 0x888888。
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ts复制代码var grid = new THREE.GridHelper(1000, 100, 0x000000, 0x000000);
grid.material.opacity = 0.1;
grid.material.transparent = true;
grid.position.set(0, -240, 0);
scene.add(grid);
📦 添加相机控件

通过相机控件 OrbitControls 可以对三维场景进行缩放、平移、旋转操作，本质上改变的并不是场景，而是相机的参数。开发时 OrbitControls.js 需要单独引入。

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ts复制代码controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.update();
📦 添加性能查看插件

stats 是一个 Three.js 开发的辅助库，主要用于检测动画运行时的帧数。stats.js 也需要单独引入。

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ts复制代码stats = new Stats();
container.appendChild(stats.dom);

加载模型

本文示例用到的 扔铁饼的人 雕像 3D 模型来源于 threedscans.com，可 免费😄 下载使用，本文末尾提供了多个免费模型下载网站，有 200多页 免费模型，大家感兴趣的话可以挑选自己喜欢的模型下载使用。当然，有建模能力的同学，也可以使用 blender、3dmax 等专业建模软件生成自己喜欢的模型。

加载 obj 或 fbx 模型

需要单独引入 FBXLoader.js 或 OBJLoader.js，.fbx 和 .obj 格式的模型加载方法是一样的。

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ts复制代码// var loader = new THREE.FBXLoader();
var loader = new THREE.OBJLoader();
loader.load(model, function (object) {
  object.traverse(function (child) {
    if (child.isMesh) {
      child.castShadow = true;
      child.receiveShadow = true;
    }
  });
  object.rotation.y = Math.PI / 2;
  object.position.set(0, -200, 0);
  object.scale.set(0.32, 0.32, 0.32);
  model = object;
  scene.add(object);
});
加载 gltf 模型

需要单独引入 GLTFLoader.js，加载 .gltf 格式模型方法稍有不同，需要注意的是模型的遍历对象和最终添加到场景中的是 object.scene 而不是 object。

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ts复制代码var loader = new THREE.GLTFLoader();
loader.load(model, function (object) {
  object.scene.traverse(function (child) {
    if (child.isMesh) {
      child.castShadow = true;
      child.receiveShadow = true;
    }
  });
  object.scene.rotation.y = Math.PI / 2;
  object.scene.position.set(0, -240, 0);
  object.scene.scale.set(0.33, 0.33, 0.33);
  model = object.scene;
  scene.add(object.scene);
});

添加网格、加载完成模型之后的效果如下图所示。

添加转盘动画

通过 requestAnimationFrame 刷新页面的方法添加转盘动画效果。window.requestAnimationFrame() 告诉浏览器希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行。

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ts复制代码function animate () {
  requestAnimationFrame(animate);
  // 随着页面重绘不断改变场景的rotation.y来实现旋转
  scene.rotation.y -= 0.015;
  renderer.render(scene, camera);
}

添加点击交互

在 Three.js 场景中我们要点击某个模型获取它的信息、或者做一些其他操作，要用到 Raycaster（光线投射），原理就是在你鼠标点击的位置发射一束射线，被射线中的物体都被记录下来。基本语法是 Raycaster(origin, direction, near, far)，其中：

  • origin：射线的起点向量。
  • direction：射线的方向向量。
  • near：所有返回的结果应该比 near 远。值不能为负，默认值为 0。
  • far：所有返回的结果应该比 far 近。不能小于 near，默认值为 无穷大。

代码实现的基本步骤是：获取鼠标在屏幕的坐标 → 屏幕坐标转标准设备坐标 → 标准设备坐标转世界坐标 → 拿到鼠标在场景的世界坐标 → 根据世界坐标和相机生成射线投射方向单位向量 → 根据射线投射方向单位向量创建射线投射器对象。

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ts复制代码//声明raycaster和mouse变量
var raycaster = new THREE.Raycaster();
var mouse = new THREE.Vector2();
onMouseClick = event => {
  // 将鼠标点击位置的屏幕坐标转成threejs中的标准坐标，以屏幕中心为原点，值的范围为-1到1.
  mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
  mouse.y = - (event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
  // 通过鼠标点的位置和当前相机的矩阵计算出raycaster
  raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
  // 获取raycaster直线和所有模型相交的数组集合
  let intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children);
  if (intersects.length > 0) {
    alert('HELLO WORLD')
    // 可以通过遍历实现点击不同mesh触发不同交互，如：
    let selectedObj = intersects[0].object;
    if (selectedObj.name === 'car') {
      alert('汽车🚗')
    }
  }
}
window.addEventListener('click', onMouseClick, false);

添加3D文字

使用 TextGeometry(text : String, parameters : Object) 添加 3D文字，以下是可设置属性的说明：

  • size：字号大小，一般为大写字母的高度。
  • height：文字的厚度。
  • weight：值为 normal 或 bold，表示是否加粗。
  • font：字体，默认是 helvetiker，需对应引用的字体文件。
  • style：值为 normal 或 italics，表示是否斜体
  • bevelThickness：倒角厚度。
  • bevelSize：倒角宽度。
  • curveSegments：弧线分段数，使得文字的曲线更加光滑。
  • bevelEnabled：布尔值，是否使用倒角，意为在边缘处斜切。
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ts复制代码var loader = new THREE.FontLoader();
loader.load('gentilis_regular.typeface.json', function (font) {
  var textGeo = new THREE.TextGeometry('HELLO WORLD', {
    font: font,
    size: .8,
    height: .8,
    curveSegments: .05,
    bevelThickness: .05,
    bevelSize: .05,
    bevelEnabled: true
  });
  var textMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0x03c03c });
  var mesh = new THREE.Mesh(textGeo, textMaterial);
  mesh.position.set(0, 3.8, 0);
  scene.add(mesh);
});

优化

现在模型加载已经基本完成了，但是 3D 模型的体积一般比较大，部署之后我发现网页加载非常慢，影响用户体验，减小模型体积是十分必要的，在网上找了很久压缩工具，发现在不需要安装大型 3D建模软件 的情况下，使用 obj2gltf 可以将体积较大的 OBJ 格式模型转化为 gltf 模型，有效优化模型体积，提升网页加载速度。

安装
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bash复制代码npm install obj2gltf --save
将obj模型复制到以下目录中
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bash复制代码node_modules\obj2gltf\bin
执行转码指令
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bash复制代码node obj2gltf.js -i demo.obj -o demo.gltf

如图出现类似上述内容，转码完成，对比转化前后的文件体积，本例中 kas.obj 初始文件大小为 9.7M 转化后的文件 kas.gltf 只有 4.6M，体积缩小一半，此时将转化后的模型加载到页面上，肉眼几乎看不出模型效果的变化，同时页面加载速度得到明显提升。

obj2gltf 也可以作为库使用，通过 node服务 实时转化模型，感兴趣的同学可以通过文章末尾链接深入学习。
也可以是使用 3D 建模软件如 blender 等手动通过减少模型 面数 和 缩小体积 等途径对模型压缩优化，这种优化效果更明显。

完整代码

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ts复制代码var model = require('@/assets/models/kas.gltf');
var container, stats, controls;
var camera, scene, renderer, light, model;
class Kas extends React.Component {
  render () {
    return (
      <div id="kas"></div>
    )
  }
  componentDidMount () {
    this.initThree();
  }
  initThree () {
    init();
    animate();
    function init () {
      container = document.getElementById('kas');
      scene = new THREE.Scene();
      scene.fog = new THREE.Fog(0xa0a0a0, 200, 1000);
      // 透视相机：视场、长宽比、近面、远面
      camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
      camera.position.set(600, 20, -200);
      camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
      // 半球光源：创建室外效果更加自然的光源
      light = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0x444444);
      light.position.set(0, 20, 0);
      scene.add(light);
      light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff);
      light.position.set(0, 20, 10);
      light.castShadow = true;
      scene.add(light);
      // 环境光
      var ambiColor = '#0C0C0C';
      var ambientLight = new THREE.AmbientLight(ambiColor);
      scene.add(ambientLight);
      // 网格
      var grid = new THREE.GridHelper(1000, 100, 0x000000, 0x000000);
      grid.material.opacity = 0.1;
      grid.material.transparent = true;
      grid.position.set(0, -240, 0);
      scene.add(grid);
      // 加载gltf模型
      var loader = new THREE.GLTFLoader();
      loader.load(model, function (object) {
        object.scene.traverse(function (child) {
          if (child.isMesh) {
            child.castShadow = true;
            child.receiveShadow = true;
          }
        });
        object.scene.rotation.y = Math.PI / 2;
        object.scene.position.set(0, -240, 0);
        object.scene.scale.set(0.33, 0.33, 0.33);
        model = object.scene;
        scene.add(object.scene);
      });
      renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
      renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      renderer.setClearAlpha(0);
      renderer.shadowMap.enabled = true;
      container.appendChild(renderer.domElement);
      window.addEventListener('resize', () => {
        camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
        camera.updateProjectionMatrix();
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      }, false);
      stats = new Stats();
      container.appendChild(stats.dom);
    }
    function animate () {
      var clock = new THREE.Clock()
      requestAnimationFrame(animate);
      var delta = clock.getDelta();
      scene.rotation.y -= 0.015;
      renderer.render(scene, camera);
      stats.update();
    }
    // 增加点击事件
    //声明raycaster和mouse变量
    var raycaster = new THREE.Raycaster();
    var mouse = new THREE.Vector2();
    function onMouseClick(event) {
      // 通过鼠标点击位置计算出raycaster所需要点的位置，以屏幕中心为原点，值的范围为-1到1.
      mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
      mouse.y = - (event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1;
      // 通过鼠标点的位置和当前相机的矩阵计算出raycaster
      raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
      // 获取raycaster直线和所有模型相交的数组集合
      var intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children);
      if (intersects.length > 0) {
        alert('HELLO WORLD')
      }
    }
    window.addEventListener('click', onMouseClick, false);
  }
}

其他设计元素

本文主要介绍 3D元素 的加载，由于文章篇幅以及时间有限（博主太懒😂）其他元素的实现不做详细讲解（可能后续有时间会总结整理 maybe）感兴趣的同学可以扩展阅读以下其他大神优秀的文章。

流体背景

静态 液态背景图可以通过 SVG filter 实现，可以阅读《Creating Patterns With SVG Filters》，实现 动态 流体背景，可以使用Three.js 结合原生GLSL实现，可参考《CodePen Shader Template》示例来实现。

金属、霓虹、故障效果等酸性效果字体可以阅读我的另一篇文章《仅用CSS几步实现赛博朋克2077风格视觉效果》，也可以使用设计生成，由于时间关系，本文项目中的金属效果文字以及本文banner头图中的文字都是使用在线艺术字体生成网站生成的，感兴趣的同学可以自行尝试设计。

未来进一步优化

  • #todo 酸性风格液态背景实现。
  • #todo 3D模型液态金属效果。

three.js 优秀案例推荐

最后给大家推荐几个非常惊艳的 three.js 项目来一起体验和学习，无论是页面交互、视觉设计还是性能优化都做到了极致，可以从中学到很多。

参考资料

本文转载自: 掘金

开发者博客 – 和开发相关的 这里全都有

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