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使用three.js实现炫酷的酸性风格3D页面

使用three.js实现炫酷的酸性风格3D页面

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 WebGLThree.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
scene = new THREE.Scene();
复制代码
📷 初始化相机

透视相机 PerspectiveCamera4个 参数分别是指:视场、长宽比、近面、远面。

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));
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💡 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

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);
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添加 环境光 AmbientLight

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

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
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);
复制代码
📦 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。

controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.update();
复制代码
📦 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。

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

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 blender3dmax 等专业建模软件生成自己喜欢的模型。

加载 objfbx 模型

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

// 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);
});
复制代码
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

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);
});
复制代码

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。

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);
}
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添加点击交互

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。

//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);
复制代码

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 normalbold,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 normalitalics,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。
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);
});
复制代码

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

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

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);
  }
}
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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

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