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Three.js Demo源码分析-1.MorphTargets与BufferGeometry

2013-02-22 10:51 423 查看
Three.js主页上有很多绚丽的Demo，是学习的极佳素材。我正利用闲暇时间学习这些Demo，并将心得体会记录下来。

老调重弹

先睹为快

空间中旋转的立方体板条箱，恐怕是主页上最简单的一个例子了。在WebGL原生API教程中就有这个例子，用Three.js实现起来更加方便了。但是，作为开始的开始，还是再重弹一遍老调吧。

较简单的例子多采用这种一目了然的结构：

// 在<body>尾部：
// 一些全局变量
var camera, scene, renderer;
var mesh;
// 初始化函数，仅运行一次
function init(){
// 初始化这些全局变量
}
// 动画函数，每一帧运行一次
function animate(){
requestAnimationFrame(animate);
// 动画和绘图
}
init();
animate();


在init()中初始化相机，场景，渲染器，轻车熟路。

renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth/window.innerHeight, 1, 1000);
camera.position.z = 400;

scene = new THREE.Scene();


创建一个立方体mesh，贴上纹理，并加入到场景中。

var geometry = new THREE.CubeGeometry(200, 200, 200);

var texture = THREE.ImageUtils.loadTexture('code.JPG');
texture.anisotropy = renderer.getMaxAnisotropy();

var material = new THREE.MeshBasicMaterial({map:texture});

mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);

scene.add(mesh);


在animate()中渲染，结束。

function animate(){
requestAnimationFrame(animate);

mesh.rotation.x += 0.005;
mesh.rotation.y += 0.01;

renderer.render(scene, camera);
}


这个例子就不多说了，代码放在这里只是作为最简单的开始。如果你之前使用过Three.js，一段时间不用后有所生疏，这个例子可以迅速将你唤醒。

MorphTargets

先睹为快

MorphTargets允许物体发生变形。如果该物体的geometry有 $n$ 个顶点，那么MorphTargets允许你再指定 $n$ 个， $2n$ 个， $3n$ 个甚至更多个顶点（比如，$ p\cdot n$ 个），同时mesh对象提供一个数组morphTargetInfluences（公式中$ f_{j} $表示morphTargetInfluences[j]），具有 $p$ 个元素，每个元素取值在0-1之间。渲染这个物体的时候，某个顶点 $V_{i}$ 的位置其实变了，成了:

$$V_{i}=V_{i}+\sum_{j=0}^{p}f_{j}\cdot (V_{j,i}-V_{i})$$

举个简单的例子，一个立方体有8个顶点，MorphTargets又指定了8个顶点，立方体的一个顶点为（1,1,1），而在MorphTargets中与之对应的顶点为（2,2,2），那么当morphTargetInfluences[0]为0.5的时候，实际渲染的时候该顶点的位置就成了（1.5,1.5,1.5）。这样做的好处是显而易见的，你可以通过简单地调整morphTargetInfluences数组来使物体形变，只要之前你设置好了。

向物体加入morphTargets的方法很简单：

var geometry = new THREE.CubeGeometry(100,100,100);
var material = new THREE.MeshLambertMaterial({color:0xffffff, morphTargets:true});

var vertices = [];
for(var i=0; i<geometry.vertices.length; i++)
{
var f = 2;
vertices.push(geometry.vertices[i].clone());
vertices[i].x *= f;
vertices[i].y *= f;
vertices[i].z *= f;
}
geometry.morphTargets.push({name:'target0', vertices:vertices});


在其他什么地方（比如animate()或render()方法中）改变morphTargetInfluences，实在方便

var s = 0;
function render()
{
s += 0.03;
mesh.morphTargetInfluences[0] = Math.abs(Math.sin(s));
...
}


最关键的问题是，我相信，这个功能是通过着色器来完成的。我阅读过一些简单的着色器，因此我发现在着色器中完成这件事实在太合适了。如果某个geometry有几千甚至上万个顶点，使用JavaScript逐个计算变形后顶点的位置会造成很大压力，而显卡大规模并行计算的能力很适合处理这个任务（毕竟每个顶点是独立地）。

BufferGeometry

先睹为快

BufferGeometry是自由度最高的geometry类型了，你可以自由指定每个顶点的位置、颜色、法线（影响光照）。

所谓Buffer，缓冲区，就是指顶点位置数组、顶点颜色数组等JavaScript二进制数组。这样定义一个BufferGeometry：

var geometry = new THREE.BufferGeometry();
geometry.attributes = {
index:{
itemSize:1,
array:new Uint16Array(triangles*3),
numItems:triangles*3
},
position:{
itemSize:3,
array:new Float32Array(triangles*3*3),
numItems:triangles*3*3
},
normal:{
itemSize:3,
array:new Float32Array(triangles*3*3),
numItems:triangles*3*3
},
color:{
itemSize:3,
array:new Float32Array(triangles*3*3),
numItems:triangles*3*3
}
};


这个例子通过好几个循环，在一个800宽度的立方体范围内随机构造了16万个尺寸1-12的小三角形，计算了法向，并按照位置赋值了颜色，指定了材质。最后的效果相当壮观。

接着创建一个旁氏反射类型的材质和mesh。

var material = new THREE.MeshPhongMaterial({
color: 0xaaaaaa,
ambient: 0xaaaaaa,
specular: 0xffffff,
shininess: 250,
side: THREE.DoubleSide,
vertexColors: THREE.VertexColors
});
mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);


如果顶点的个数过多，超过了整型数index表示的范围（65536），则可以使用offset来处理。在这个例子中有16万个三角形，48万个顶点，使用了8个offset，每个offset相当于重置了index值。

geometry.offsets = [];
for(var i=0; i<offsets; i++){
var offset = {
start:i*chunkSize*3,
index:i*chunkSize*3,
count:Math.min(triangles-(i*chunkSize), chunkSize)*3
};
geometry.offsets.push(offset);
}


如果看过WebGL原生API教程，就会发现这与其中构建几何体的过程实在是太相似了。

另两个类似的例子，是线类型和点类型的。

先睹为快（线）

先睹为快（点）

这两种类型声明geometry时只需要position属性和color属性，不需要normal（没有面自然没有法向）属性。

geometry.attributes = {
position:{
itemSize:3,
array:new Float32Array(segments*3),
numItems:segments*3
},
color:{
itemSize:3,
array:new Float32Array(segments*3),
numItems:segments*3
}
};


用自己的逻辑填充完数组后，创建材质及相应的line对象或particleSystem对象，而不是mesh对象。

对线类型：

var material = new THREE.LineBasicMaterial({vertexColors:true});
line = new THREE.Line(geometry, material);


对点类型

var material = new THREE.ParticleBasicMaterial({
size:15,
vertexColors:true
});
particleSystem = new THREE.ParticleSystem(geometry, material);


这一篇先以一个最简单的例子“热身”，之后记录了MorphTargets和BufferGeometry的用法。
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