Day3 - 進入Three.js的領域

14th鐵人賽 three.js webgl

Mizok

2022-09-19 23:54:09

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Day3 - 進入Three.js的領域

這裡是「Three.js學習日誌」的第3篇，本篇的主旨是透過試做一個Three.js的Hello World案例，來讓讀者對於Three.js有基本的認識，這系列的文章假設讀者看得懂javascript，並且有Canvas 2D Context的相關知識。

初次來到新世界

第一次使用three.js，尤其是那些沒有使用過3D建模軟體的人，多半會對每一個基本操作都有不小的疑問，畢竟three.js提供的API種類繁多，而且光看官方文件又有一大堆的專有名詞，讓人頭昏眼花。

建議初學者可以先去玩過隨便一款3D建模軟體(首推Blender)，畢竟菜鳥如小弟我就是這麼做的。

這邊我們會先做一個簡單的Hello World，並且一步一步講解每個步驟的用意，目的是希望可以讓讀者試試味道，並且對Three.js產生基本的認識。

0. 這個Hello World的目標

這個Hello World的目標是要畫出來一個轉動的立方體(如圖)。

轉動方塊

codepen連結:https://codepen.io/mizok/pen/XWqRyPQ?editors=0010

1. 導入npm module

為了求快速，在這個案例中我們先用codepen搭配https://cdn.skypack.dev提供的CDN來取得three.js的module。

import {
  ... //這邊接著會引入必要的模組
} from "https://cdn.skypack.dev/three";

2. 建立Scene實例

Scene這個類別按字面解釋就是景，他有點像是世界的概念，當我們要去把一個three.js的程序render出畫面，基本上就是要去渲染這個景裡面所有物件構成的圖像。

import {
  Scene
} from "https://cdn.skypack.dev/three";

function main (){
   const scene = new Scene();
}

main();

3. 建立Renderer(渲染器)實例

three.js 其實有提供很多種類的renderer，但是最常用的基本上還是WebGLRenderer。渲染器顧名思義當然是用來渲染用的，他本身會提供一個render方法，可以用來把一個Scene中的圖像渲染出來。

這邊我們順手設置antialias(反鋸齒)和alpha(開啟透明通道)兩個option。

antialias(反鋸齒)是一種特殊的演算法，他可以用來柔化圖形邊緣因為像素顆粒太明顯而形成的鋸齒狀瑕疵。

而之所以要開啟alpha(透明通道)是因為three.js預設是不渲染透明通道的(也就是背景會全黑)。

還記得我們在前面演示過webgl清除畫布的方法嗎? 就是藉由填入特定的clearColor來達到清除的效果，清除色是可以設定為具有透明度的顏色的，所以假如我們要讓canvas背景為透明無色，那就必須要:

開放alpha通道
清除色的透明度必須是0

設置完renderer實例之後要記得把renderer.domElement放到dom tree裡面(domElement其實就是canvas)

import {
  Scene
  WebGLRenderer
} from "https://cdn.skypack.dev/three";

function main (){
   const scene = new Scene();
   const renderer = new WebGLRenderer({
    antialias: true,
    alpha: true
  });
  document.body.append(renderer.domElement);
}

main();

4. 設定畫布大小與Viewport，還有清除色

這邊應該就沒甚麼特別的，Viewport其實就是我們在上一篇介紹過的gl.viewport方法，也就是畫布範圍的映射。

畫布大小與Viewport，還有清除色的設定方法都可以從renderer物件底下取得，他們分別是renderer.setSize,renderer.setViewport,還有renderer.setClearColor。

import {
  Scene,
  WebGLRenderer,
} from "https://cdn.skypack.dev/three";

function main() {
  const scene = new Scene();
  const renderer = new WebGLRenderer({
    antialias: true,
    alpha: true
  });

  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  renderer.setViewport(0, 0, window.innerWidth, window.innerHeight);
  renderer.setClearColor(new Color(0,0,0),0);
}

main();

5. 建立Camera實例

沒有使用過3D建模軟體的人可能會不太明白Camera的概念。

在3D建模軟體中，Camera的用途就是把景物"照"下來。

我們前面有提到，three.js要渲染畫面的時候要透過renderer的render方法，我們除了要告訴renderer是要渲染哪一個景以外，還得告訴他是要使用那個景裡面的哪一台Camera，這樣才可以取得那台Camera照出來的圖像。

這張圖片(來源)稍微有點不正確，其實成像畫面不應該呈現在Near Clip plane上面。

Camera(相機)有很多種類型，每一種都各有各的使用場景。

在這邊我們使用PerspectiveCamera這個類所生成的相機實例，所謂的"Perspective"就是"透視法"，所謂的"透視法"是一種繪畫的技法，用來把實際的三維空間的座標點，投射到二維平面上。

關於透視法，我去年有寫過一篇3維投影相關的技術文章，可以參考這裡

PerspectiveCamera這個類必須要傳入4個參數，分別是FOV，畫面長寬比，近平面，遠平面。

圖片來源:computergraphics.stackexchange

FOV: 也就是攝影機的水平視角(Field of View)，基本上所有的光學成像儀器都會有FOV的設置，以人眼來講，人眼的FOV大約是120度，超出視角的東西就不會在成像畫面中顯示出來。
畫面長寬比:就是預期成像畫面的長寬比。
近平面/遠平面:其實就是一種範圍限制，攝影機不會把比近平面還要近，或是位置超出遠平面的東西照進去畫面。

另外順帶一提，three.js的PerspectiveCamera模仿的是現實生活中的35mm相機，也就是預設具備35mm的焦距，再換句話說就是攝影機到成像平面(上圖的z-projection平面)的預設距離為35單位長。

初始化過PerspectiveCamera的實例之後，記得要add進去Scene裡面。

import {
  Scene,
  WebGLRenderer,
  PerspectiveCamera
} from "https://cdn.skypack.dev/three";

function main() {
  ...
  
  const camera = new PerspectiveCamera(
    75,
    window.innerWidth / window.innerHeight,
    0.1,
    1000
  );
  
  scene.add(camera)
}

main();