【Three.js】透明背景/背景改色/環景貼圖

也許你已看過這篇three.js的基礎介紹,也應該了解three.js的匯入架構。如果很麻煩,你可以複製下列程式碼到編輯器中修改。

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-TW">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>基礎版型</title>
    <style>
      * {
        padding: 0;
        margin: 0;
        box-sizing: border-box;
      }
      body {
        width: 100%;
        height: 100dvh;
      }
    </style>
  </head>

  <body>
    <script type="importmap">
      {
        "imports": {
          "three": "https://cdn.jsdelivr.net/npm/three@v0.164.1/build/three.module.js",
          "three/addons/": "https://cdn.jsdelivr.net/npm/three@v0.164.1/examples/jsm/"
        }
      }
    </script>
    <script type="module">
      import * as THREE from "three";
      import { OrbitControls } from "three/addons/controls/OrbitControls.js";

      const scene = new THREE.Scene();
      const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
        75,
        window.innerWidth / window.innerHeight,
        0.1,
        1000
      );
      camera.position.z = 30;
      const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
      renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      document.body.appendChild(renderer.domElement);

      const geometry = new THREE.TorusKnotGeometry(5, 2, 100, 100);
      const material = new THREE.MeshStandardMaterial({
        color: "#ffffff",
        metalness: 0.5,
      });

      const torusKnot = new THREE.Mesh(geometry, material);
      scene.add(torusKnot);

      const pointLight = new THREE.PointLight("white", 300);
      pointLight.position.set(5, 5, 10);
      scene.add(pointLight);

      const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
      controls.enablePan = false;
      controls.enableZoom = false;
      function animate() {
        requestAnimationFrame(animate);
        torusKnot.rotation.y += 0.01;
        controls.update();
        renderer.render(scene, camera);
      }

      animate();

      window.addEventListener("resize", function onWindowResize() {
        camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
        camera.updateProjectionMatrix();
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      });
    </script>
  </body>
</html>

1. 透明背景

想改掉預設的黑色背景,就在 new THREE.WebGLRenderer() 中加入 alpha:true 屬性,場景背景就會變透明,顯現父層元件的背景色。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha:true });

2. 背景改色

方法1. 更改場景background屬性

在宣告scene後,對background屬性進行修改。

const scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color(0x87CEEB);

方法2. 更改渲染器設置

在宣告renderer後,使用setClearColor設置顏色。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias: true});
renderer.setClearColor(0x87CEEB);  

3. 漸層背景

3-1. 透明背景 + 父層漸層

想製作漸層背景,可以使用第一點提到的『透明背景』。
new THREE.WebGLRenderer() 中加入 alpha:true 屬性後,更改父層元件的背景CSS。

如果把渲染範圍指定在<body>元件,就更改body背景為漸層色:

<style>
 *{
   margin: 0;
   padding: 0;
   box-sizing: border-box;
 }
 body{
   /* 漸層背景 */ 
   background: linear-gradient(to right, #c3efb2, #5dd2d5);
 }
</style>

3-2. 製做漸層畫布,當成場景背景的材質

const canvas = document.createElement('canvas');
const context = canvas.getContext('2d');

canvas.width = 1;
canvas.height = 256;

const gradient = context.createLinearGradient(0, 0, 0, 256);

gradient.addColorStop(0, '#87CEEB'); // 天藍
gradient.addColorStop(1, '#FFC0CB'); // 淺粉

// 將漸層設為填充樣式
context.fillStyle = gradient;
context.fillRect(0, 0, 1, 256);

// 將canvas轉換為Three.js材質的對象
const texture = new THREE.CanvasTexture(canvas);
texture.minFilter = THREE.LinearFilter;
scene.background = texture;

4. 環景貼圖(HDR)

4-1. 取得hdri檔案

你可以到poly hevenHDRi Haven,下載免費hdri檔案,但可能有2k解析度的限制。也可以用blender或photoshop自己做(有機會再獨立寫一篇關於HDRI的)。

4-2. 匯入RGBELoader模組

環景貼圖必須使用 RGBELoader 這個外掛模組,把他匯入。

<script type="module">
 import * as THREE from "three"; 
 import { RGBELoader } from "three/addons/loaders/RGBELoader.js";

 //將場景、相機、渲染、物件、動畫等其餘程式碼添加於此...
 //...
</script>

4-3. 建立環景貼圖

使用 JavaScript 的URL構造函數生成HDR圖片的路徑,並使用 RGBELoaderload方法載入此路徑,完成後執行由貼圖紋理(texture)作為參數的回調函數。

const hdrTextureURL= new URL('/src/assets/colorful.hdr', import.meta.url);
const loader = new RGBELoader();
loader.load(hdrTextureURL, function (texture) {
    //指定紋理的映射類型
    texture.mapping = THREE.EquirectangularReflectionMapping;

    //用環景貼圖取代背景
    scene.background = texture; 

   //用環景貼圖的光線來照亮場景
    scene.environment = texture;

    //受到環景貼圖影響的物件移到callback funtion裡面,例如方塊或扭結...等
    //...
})
把物件移進回調函數時,記得改成在外部先定義物件名稱,否則animate()函數可能會找不到物件,就無法執行旋轉動作。

【Three.js】從0開始你的網頁3D生活

Three.js是在網頁上渲染3D場景及物件的知名模組之一,已有許多使用者用Three.js做出各種網頁3D效果(請參考Example),讓我們來看看如何應用它。

1. 安裝

官方文件提供了兩種安裝方式

選項1. npm安裝

# 安裝three
npm install --save three

# 安裝vite
npm install --save-dev vite

#運作vite
npx vite

選項2. CDN連結

本篇介紹以CDN連結方式為主,記得把<version>替換為版本號碼,例如v0.164.1
雖然官方安裝教學寫著CDN連結要加在<head></head>標籤之間,<style>元件之後,但本人實測沒有卵用,加在<body>標籤結束之前,運作上沒問題。

<script type="importmap">
  {
    "imports": {
      "three": "https://cdn.jsdelivr.net/npm/three@<version>/build/three.module.js",
      "three/addons/": "https://cdn.jsdelivr.net/npm/three@<version>/examples/jsm/"
    }
  }
</script>

根據three.js版本不同,匯入外掛的路徑有可能不同,目前外掛放在/addons目錄,以下是匯入範例:
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';

2. 初始化

匯入three核心組件

<script type="module">
 import * as THREE from 'three';
 
 //將場景、相機、渲染、物件、動畫等其餘程式碼添加於此...
 //...
</script>

創建第一個場景及相機,並設定渲染範圍。
先將範圍渲染在整個<body>上,並占滿視窗的寬(window.innerWidth)高(window.innerHeight)。

antialias: true 是反鋸齒的意思,使圖形邊緣變得更加平滑。

//創建場景
 const scene = new THREE.Scene();

//創建相機
 const camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth /  window.innerHeight, 0.1, 1000 );
//相機位置設定
 camera.position.z = 5;

//設定渲染範圍的尺寸
 const renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias: true});
 renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );

//指定渲染位置
 document.body.appendChild( renderer.domElement); 
在網頁3D座標中,Z軸是垂直於螢幕的:相機的Z軸位置設為5,意味著相機(使用者)離座標中心點有一定的距離,數字越大,使用者離中心點越遠;數字越小,使用者離中心點越近。與3D軟體y、z軸向相反,3D軟體的z軸一般代表高度。

3. 加入物件

定義形狀及材質,作為參數填入新物件(cube)後,加入場景中,目前套用基本的立方體構造(BoxGeometry),以及帶有金屬光澤的標準材質(MeshStandardMaterial)。

//定義形狀(geometry)
 const geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );

//定義材質(material)
 const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ 
  roughness: 0,
  metalness: 1,
  color:0xffffff,
});

//創建物件
 const cube = new THREE.Mesh( geometry, material );
 scene.add( cube );

4. 光源

AmbientLight 指的是環境光,均勻照射所有物件,沒有方向性故不能投射陰影。

 // 添加環境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x404040); 
scene.add(ambientLight);

DirectionalLight 指的是平行光,看起來像無限遠,適合模擬太陽光。

const directionalLight = new THREE.DirectionalLight("yellow", 1);
directionalLight.position.set(5, 5, 5);
// 讓光源能夠投射陰影
directionalLight.castShadow = true; 
scene.add(directionalLight);

// 調整光源陰影的解析度
directionalLight.shadow.mapSize.width = 1024;
directionalLight.shadow.mapSize.height = 1024;

還有其他類型的光源,例如半球光(HemisphereLight)、點光源(PointLight)、面光源(RectAreaLight)、聚光燈(SpotLight),詳細需要獨立開篇來講。

5.動畫

最後,設定動畫函數,使動畫運作。

//動畫函數
 function animate() {
	requestAnimationFrame( animate );	
	cube.rotation.y += 0.01;
	renderer.render( scene, camera );
 }
 animate();

6. 互動(OrbitControls)

想像玩遊戲一樣讓訪客與畫面互動,轉動相機視角,你可以使用OrbitControls。
首先,匯入OrbitControls模組。

<script type="module">
  import * as THREE from 'three';
  import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
</script>

OrbitControls屬性設置

關於OrbitControls的屬性說明請看官方介紹

  • enableDamping:漸變阻尼效果,使相機移動更平滑。
  • dampingFactor:阻尼系數,控制阻尼效果的強度。
  • screenSpacePanning:設為false使相機只能繞目標旋轉。
  • enablePan:設為false禁止相機左右移動。
  • enableZoom:設為false禁止鏡頭縮放。
  • minDistance / maxDistance:設置相機的最小和最大縮放距離。
  • maxPolarAngle:設置相機的最大垂直旋轉角度,以防止相機移動到地面以下。
  • autoRotate:設為true自動旋轉。
  • autoRotateSpeed:自動旋轉速度。
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.enableDamping = true;
controls.dampingFactor = 0.25;
controls.screenSpacePanning = false;
controls.minDistance = 1;
controls.maxDistance = 5;
controls.maxPolarAngle = Math.PI / 2

在動畫中更新OrbitControls

也就是在animate函數中增加這行controls.update();

function animate() {
   requestAnimationFrame(animate);
   
   cube.rotation.y += 0.01;

   controls.update(); // 更新OrbitControls
   renderer.render(scene, camera);
}

7. 視窗縮放

渲染範圍的寬高只會在載入網頁時初始化一次,之後縮放視窗不會重新載入渲染範圍的寬高。為了使網頁運作得更好,我們需要加入resize監聽事件,確保縮放視窗的同時,渲染範圍也能及時更新。

對視窗加入resize監聽事件,若觸發resize動作,則更新視窗寬高數字。

window.addEventListener("resize", () => {
//更新相機
 camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
 camera.updateProjectionMatrix();
 
//更新渲染範圍
 renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
});