引言
本文主要是講解Three.js的相關概念，幫助讀者對Three.js以及相關知識形成比較完整的理解。
近年來web得到了快速的發展。隨著HTML5的普及，網頁的表現能力越來越強大。網頁上已經可以做出很多復雜的動畫，精美的效果。
但是，人總是貪的。那麼，在此之上還能做什麼呢？其中一種就是通過WebGL在網頁中繪制高性能的3D圖形。
OpenGL,WebGL到Three.js
OpenGL大概許多人都有所耳聞，它是最常用的跨平台圖形庫。
WebGL是基於OpenGL設計的面向web的圖形標准，提供了一系列JavaScript API，通過這些API進行圖形渲染將得以利用圖形硬件從而獲得較高性能。
而Three.js是通過對WebGL接口的封裝與簡化而形成的一個易用的圖形庫。
簡單點的說法：WebGL可以看成是浏覽器給我們提供的接口，在javascript中可以直接用這些API進行3D圖形的繪制；而Three.js就是在這些接口上又幫我們封裝得更好用一些。
WebGL與Three.js對比
既然有了WebGL，我們為什麼還需要Three.js？
這是因為WebGL門檻相對較高，需要相對較多的數學知識。雖然WebGL提供的是面向前端的API，但本質上WebGL跟前端開發完全是兩個不同的方向，知識的重疊很少。相關性只是他們都在web平台上，都是用javascript而已。一個前端程序員或許還熟悉解析幾何，但是還熟悉線性代數的應該寥寥無幾了（比如求個逆轉置矩陣試試？），更何況使用中強調矩陣運算中的物理意義，這在教學中也是比較缺失的。
因此，前端工程師想要短時間上手WebGL還是挺有難度的。
於是，Three.js對WebGL提供的接口進行了非常好的封裝，簡化了很多細節，大大降低了學習成本。並且，幾乎沒有損失WebGL的靈活性。
因此，從Three.js入手是值得推薦的，這可以讓你在較短的學習後就能面對大部分需求場景。
Three.js的學習問題
Three.js的入門是相對簡單的，但是當我們真的去學的時候，會發現一個很尴尬的問題：相關的學習資料很少。
通常這種流行的庫都有很完善的文檔，很多時候跟著官方的文檔或官方的入門教程學習就是最好的路線。但Three不是的，它的文檔對初學者來說太過簡明扼要。
不過官方提供了非常豐富的examples，幾乎所有你需要的用法都在某個example中有所體現。但這些example不太適合用來入門，倒是適合入門之後的進一步學習。
這裡推薦一些相對較好的教程：
Three.js入門指南
這是一份很好的Three.js 輕量級入門教程，作者文筆很好，基礎知識講解得簡明易懂。
Three.js開發指南(第一版中文版)
Learning Three.js- Second Edition
Learning Three.js:The JavaScript 3D Library for WebGL是現在不多的也是最好的Three.js入門書，比較全面地講解了Three.js的各種功能。
如果有能力的話，建議閱讀英文版第二版，出版於2015年，與現在的Three.js區別很小。
中文版翻譯自出版於2012年的原書第一版，大部分概念是適用的，但很多細節已經有所改變。
Three.js入門教程
這是對國外一份教程的翻譯，一共六篇文章。講解不多，更多的是展示各個基本功能怎麼用。更適合有一些圖形基礎的同學。
當然，實際的學習過程中這些資料肯定是不太夠的，遇到問題還是要自己去查資料。不過這裡要提醒一下，Three.js的更新是相當頻繁的，現在是r80版本，自2010年4月發布r1以來，這已經是第72個版本了(中間有的版本號跳過了)。因此，在網上找到的資料有些可能是不適合當前版本的，需要注意甄別(前面推薦的資料也都或多或少存在這樣的問題)。
Three.js中的一些概念
要在屏幕上展示3D圖形，思路大體上都是這樣的：
構建一個三維空間
Three中稱之為場景(Scene)選擇一個觀察點，並確定觀察方向/角度等
Three中稱之為相機(Camera)在場景中添加供觀察的物體
Three中的物體有很多種，包括Mesh,Line,Points等，它們都繼承自Object3D類將觀察到的場景渲染到屏幕上的指定區域
Three中使用Renderer完成這一工作
下面來具體看一看Three中的這些概念。
Scene
場景是所有物體的容器，也對應著我們創建的三維世界。
Camera 坐標系
Camera是三維世界中的觀察者，為了觀察這個世界，首先我們要描述空間中的位置。
Three中使用采用常見的右手坐標系定位。
三維投影
Three中的相機有兩種，分別是正投影相機THREE.OrthographicCamera和透視投影相機THREE.PerspectiveCamera。
正交投影與透視投影的區別如上圖所示，左圖是正交投影，物體發出的光平行地投射到屏幕上，遠近的方塊都是一樣大的；右圖是透視投影，近大遠小，符合我們平時看東西的感覺。
維基百科：三維投影
正交投影相機
注：圖中的”視點”對應著Three中的Camera。
這裡補充一個視景體的概念：視景體是一個幾何體，只有視景體內的物體才會被我們看到，視景體之外的物體將被裁剪掉。這是為了去除不必要的運算。
正交投影相機的視景體是一個長方體，OrthographicCamera的構造函數是這樣的：OrthographicCamera( left, right, top, bottom, near, far )
Camera本身可以看作是一個點，left則表示左平面在左右方向上與Camera的距離。另外幾個參數同理。於是六個參數分別定義了視景體六個面的位置。
可以近似地認為，視景體裡的物體平行投影到近平面上，然後近平面上的圖像被渲染到屏幕上。
透視投影相機
透視投影相機的視景體是個四稜台，它的構造函數是這樣的：PerspectiveCamera( fov, aspect, near, far )
fov對應著圖中的視角，是上下兩面的夾角。aspect是近平面的寬高比。在加上近平面距離near，遠平面距離far，就可以唯一確定這個視景體了。
透視投影相機很符合我們通常的看東西的感覺，因此大多數情況下我們都是用透視投影相機展示3D效果。
Objects
有了相機，總要看點什麼吧？在場景中添加一些物體吧。
Three中供顯示的物體有很多，它們都繼承自Object3D類，這裡我們主要看一下Mesh和Points兩種。
Mesh
我們都知道，計算機的世界裡，一條弧線是由有限個點構成的有限條線段連接得到的。線段很多時，看起來就是一條平滑的弧線了。
計算機中的三維模型也是類似的，普遍的做法是用三角形組成的網格來描述，我們把這種模型稱之為Mesh模型。
這是那只著名的斯坦福兔子。它在3D圖形中的地位與數字圖像處理領域中著名的lena是類似的。
看這只兔子，隨著三角形數量的增加，它的表面越來越平滑/准確。
在Three中，Mesh的構造函數是這樣的：Mesh( geometry, material )
geometry是它的形狀，material是它的材質。
不止是Mesh，創建很多物體都要用到這兩個屬性。下面我們來看看這兩個重要的屬性。
Geometry
Geometry，形狀，相當直觀。Geometry通過存儲模型用到的點集和點間關系(哪些點構成一個三角形)來達到描述物體形狀的目的。
Three提供了立方體(其實是長方體)、平面(其實是長方形)、球體、圓形、圓柱、圓台等許多基本形狀；
你也可以通過自己定義每個點的位置來構造形狀；
對於比較復雜的形狀，我們還可以通過外部的模型文件導入。
Material
Material，材質，這就沒有形狀那麼直觀了。
材質其實是物體表面除了形狀以為所有可視屬性的集合，例如色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發光度。
這裡講一下材質(Material)、貼圖(Map)和紋理(Texture)的關系。
材質上面已經提到了，它包括了貼圖以及其它。
貼圖其實是‘貼'和‘圖'，它包括了圖片和圖片應當貼到什麼位置。
紋理嘛，其實就是‘圖'了。
Three提供了多種材質可供選擇，能夠自由地選擇漫反射/鏡面反射等材質。
Points
講完了Mesh，我們來看看另一種Object——Points。
Points其實就是一堆點的集合，它在之前很長時間都被稱為ParticleSystem(粒子系統)，r68版本時更名為PointCloud,r72版本時才更名為Points。更名主要是因為，Mr.doob認為，粒子系統應當是包括粒子和相關的物理特性的處理的一套完整體系，而Three中的Points簡單得多。因此最終這個類被命名為Points。
Points能夠用來實現的典型效果是這樣的：官方example
Light
神說：要有光！
光影效果是讓畫面豐富的重要因素。
Three提供了包括環境光AmbientLight、點光源PointLight、 聚光燈SpotLight、方向光DirectionalLight、半球光HemisphereLight等多種光源。
只要在場景中添加需要的光源就好了。
Renderer
在場景中建立了各種物體，也有了光，還有觀察物體的相機，是時候把看到的東西渲染到屏幕上了。這就是Render做的事情了。
Renderer綁定一個canvas對象，並可以設置大小，默認背景顏色等屬性。
調用Renderer的render函數，傳入scene和camera，就可以把圖像渲染到canvas中了。
讓畫面動起來
現在，一個靜態的畫面已經可以得到了，怎麼才能讓它動起來？
很簡單的想法，改變場景中object的位置啊角度啊各種屬性，然後重新調用render函數渲染就好了。
那麼重新渲染的時機怎麼確定？
HTML5為我們提供了requestAnimFrame，它會自動在每次頁面重繪前調用傳入的函數。
如果我們一開始這樣渲染：
function render()
{
renderer.render(scene, camera);
}
只需要改成這樣：
function render()
{
requestAnimationFrame(render);
object.position.x += 1;
renderer.render(scene, camera);
}
object就可以動起來了！
舉個栗子
下面我們用一個簡單的例子來梳理一下這個過程。
首先寫一個有Canvas元素的頁面吧。
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>立方體</title>
<script src="http://sqimg.qq.com/qq_product_operations/mma/javanli_test/lib/three.min.js"></script>
<style type="text/css">
html, body {
margin: 0;
padding: 0;
}
#three_canvas {
position: absolute;
width: 100%;
height: 100%;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="three_canvas"></canvas>
</body>
</html>
下面來做Javascript的部分
首先初始化Renderer
function initRenderer() {
width = document.getElementById('three_canvas').clientWidth;
height = document.getElementById('three_canvas').clientHeight;
renderer = new THREE.WebGLRenderer({
//將Canvas綁定到renderer
canvas: document.getElementById('three_canvas')
});
renderer.setSize(width, height);//將渲染的大小設為與Canvas相同
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);//設置默認顏色與透明度
}
初始化場景:
function initScene() {
scene = new THREE.Scene();
}
初始化相機：
function initCamera() {
//簡單的正交投影相機，正對著視口的中心，視口大小與Canvas大小相同。
camera = new THREE.OrthographicCamera(width / -2, width / 2, height / 2, height / -2, 1, 1000);
//設置相機的位置
camera.position.x = 0;
camera.position.y = 0;
camera.position.z = 200;
//設置相機的上方向
camera.up.x = 0;
camera.up.y = 1;
camera.up.z = 0;
//設置相機聚焦的位置(其實就是確定一個方向)
camera.lookAt({
x: 0,
y: 0,
z: 0
});
}
要唯一確定一個相機的位置與方向，position、up、lookAt三個屬性是缺一不可的。
這裡我們創建了一個正交投影相機，這裡我將視景體大小與屏幕分辨率保持一致只是為了方便，這樣坐標系中的一個單位長度就對應屏幕的一個像素了。
我們將相機放在Z軸上，面向坐標原點，相機的上方向為Y軸方向，注意up的方向和lookAt的方向必然是垂直的（類比自己的頭就知道了）。
下面添加一個立方體到場景中：
function initObject() {
//創建一個邊長為100的立方體
var geometry = new THREE.CubeGeometry(100, 100, 100);
object = new THREE.Mesh(geometry, new THREE.MeshNormalMaterial());
scene.add(object);
}
注意我們使用了法向材質MeshNormalMaterial，這樣立方體每個面的顏色與這個面對著的方向是相關的，更便於觀察/調試。
在這個簡單的demo裡我不打算添加光影效果，而法向材質對光也是沒有反應的。
最後來創建一個動畫循環吧
function render() {
requestAnimationFrame(render);
object.rotation.x += 0.05;
object.rotation.y += 0.05;
renderer.render(scene, camera);
}
每次重繪都讓這個立方體轉動一點點。
當頁面加載好時，調用前面這些函數就好了
function threeStart() {
initRenderer();
initCamera();
initScene();
initObject();
render();
}
window.onload = threeStart();
完整的demo是這個樣子的：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>立方體</title>
<script src="http://sqimg.qq.com/qq_product_operations/mma/javanli_test/lib/three.min.js"></script>
<style type="text/css">
html, body {
margin: 0;
padding: 0;
}
#three_canvas {
position: absolute;
width: 100%;
height: 100%;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="three_canvas"></canvas>
<script>
var renderer, camera, scene, light, object;
var width, height;
function initRenderer() {
width = document.getElementById('three_canvas').clientWidth;
height = document.getElementById('three_canvas').clientHeight;
renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.getElementById('three_canvas')
});
renderer.setSize(width, height);
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
}
function initCamera() {
camera = new THREE.OrthographicCamera(width / -2, width / 2, height / 2, height / -2, 1, 1000);
camera.position.x = 0;
camera.position.y = 0;
camera.position.z = 200;
camera.up.x = 0;
camera.up.y = 1;
camera.up.z = 0;
camera.lookAt({
x: 0,
y: 0,
z: 0
});
}
function initScene() {
scene = new THREE.Scene();
}
function initObject() {
var geometry = new THREE.CubeGeometry(100, 100, 100);
object = new THREE.Mesh(geometry, new THREE.MeshNormalMaterial());
scene.add(object);
}
function render() {
requestAnimationFrame(render);
object.rotation.x += 0.05;
object.rotation.y += 0.05;
renderer.render(scene, camera);
}
function threeStart() {
initRenderer();
initCamera();
initScene();
initObject();
render();
}
window.onload = threeStart();
</script>
</body>
</html>
保存為html後打開，在屏幕中央會顯示這樣一個轉動的立方體
小結
對Three.js的介紹就到這裡了，本文對Three中的重要組件基本上都有提到。其實想要總結的東西還有很多，但寫在這一篇裡可能會顯得很累贅，這篇文章的初衷是想要讀者讀後對Three.js有一個直觀的大體上的理解，並不打算牽涉太多細節。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持。