作为整天和 UI 打交道的前端工程师，是否想在他（她）生日的时候用代码送上一份惊喜呢？
不妨用 Three.js 做个 3D 的蛋糕送给 ta，既浪漫又能展现你技术的魅力。
这篇文章我们就来学习下如何用 Three.js 画一个蛋糕。
Three.js 相关基础
Three.js 是通过场景 Scene 来管理所有的物体的，加到 Scene 的物体还可以分个组：
const scene = new THREE.Scene();
scene.add(xxx);
const group = new THREE.Group();
group.add(yyy);
group.add(zzz);
scene.add(group);
想要把 Scene 中的所有物体渲染出来，需要指定一个相机 camera，然后用 renderer 来渲染，如果有动画效果，要用 requestAnimationFrame 来一帧帧不断渲染。
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
function render() {
renderer.render(scene, camera);
requestAnimationFrame(render);
}
render();
相机 camera 分为从一个点去看的透视相机 PerspectiveCamera，还有从一个面去投影的正交相机 OrthographicCamera。
透视相机的特点是近大远小，而正交的则不是，就是一个平行投影，大小不变。
三维世界还需要指定一个光源，不然是全黑的，光源种类很多，常用的有这些：
- 点光源： 从一个点发射光线，就像灯泡一样。
- 平行光： 平行的光线
- 环境光： 均匀照射每个地方
- 聚光灯： 舞台聚光灯的光源
三维场景中的物体有很多种，比如永远面向相机的平面是 Sprite（我们做“漫天花雨”效果用的那个），还有由三角形构成的物体叫做 Mesh。
Mesh 比较常用，它是由一个个三角形构成的几何体，还可以在每个面上贴图。所以，参数有两个，几何体 Geometry 和材质 Material。
比如圆柱体就是一个 Mesh，创建它的时候要指定圆柱几何体 CylinderBufferGeometry 和每个面的材质 Material。
const 圆柱几何体 = new THREE.CylinderBufferGeometry(上圆半径, 下圆半径, 高度, 侧面分段数量);
const 侧面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: 纹理图片});
const 上面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'});
const 下面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'});
const 圆柱 = new THREE.Mesh(圆柱几何体, [侧面材质, 上面材质, 下面材质]);
MeshBasicMaterial 是基础的材质，可以通过 color 来指定颜色，也可以通过 map 来指定纹理图片 texture。
各种 Mesh 中比较特殊是文字，它用的是 TextGeometry，文字需要从一个 xxx.typeface.json 中加载。
而这种 json 文件可以用字体文件 ttf 来转换得到。用ttf 转 typeface.json 的这个网站来转：
之后就可以显示文字了:
const fontLoader = new THREE.FontLoader();
fontLoader.load('./font/xxx.typeface.json', function (font) {
var textGeometry = new THREE.TextGeometry('文字', 参数);
const textMaterial = [
new THREE.MeshBasicMaterial({color: '字体颜色'}),
new THREE.MeshBasicMaterial({color: '侧面颜色'}),
];
const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial);
});
这些就是我们会用到的 Three.js 基础，简单做个小结：
Three.js 是通过 Scene 来管理各种物体的，物体还可以分下组。
物体中常见的有 Mesh 和 Sprite 等，Sprite 是永远面向相机的一个平面，Mesh 是由三角形构成的三维物体。 Mesh 要指定几何体Geometry 和材质 Material，常用的材质可以是颜色或者纹理贴图。其中文字 TextGeometry 比较特殊，需要一个 typeface.json 的文件，这个可以由 ttf 转换得到。
场景中的物体准备好之后，还需要设置下光源 Light 和相机 Camera，相机主要有从点去看的透视相机和从一个平面去投影的正交相机，之后就可以通过渲染器 Renderer 渲染出来了，结合 requestAnimationFrame 来一帧帧的渲染。
基础学完之后，正式开始画蛋糕了。
画 3D 蛋糕
蛋糕其实就是由 4 个圆柱体加上文字构成的，每个圆柱体都设置了不同的位置，圆柱体的侧面和上下面都贴上不同的贴图，就是一个蛋糕。
我们先准备蛋糕的贴图：
使用纹理加载器 TextureLoader 去加载他们：
const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png');
const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png');
const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`);
const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png');
然后构成纹理贴图的材质：
const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1});
const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2});
const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3});
const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4});
除了纹理贴图的材质外，再准备个颜色构成的材质：
const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'});
然后创建 4 个圆柱体的物体（Mesh），使用不同的贴图材质和颜色材质：
const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40);
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]);
圆柱体的几何体 CylinderBufferGeometry 的参数分别是 上面圆的半径，下面圆的半径，高度，侧面的分割次数。
上面圆半径保持一致，这样才是圆柱体。侧面分割次数设置为 40，这样比较圆滑。
之后还设置下位移，然后就可以加到蛋糕分组里了。
我们用同样的方式创建四个圆柱体，设置不同的大小和位置，贴不同的图：
const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40);
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart1.translateY(45)
const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40);
const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart2.translateY(-25)
const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40);
const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart3.translateY(-90)
const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40);
const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]);
cakePart4.translateY(-120)
cake.add(cakePart1)
cake.add(cakePart2)
cake.add(cakePart3)
cake.add(cakePart4)
如果对坐标位置拿不准，可以在 Scene 中加上一个坐标的辅助工具 AxisHelper。参数是坐标轴长度。
const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500);
scene.add(axisHelper);
然后是文字的部分，这个要先通过字体文件 ttf 转成 typeface.json 的文件，然后用 fontLoader 来加载，之后创建相应的 Mesh：
fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) {
var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', {
font: font,
size: 30,
height: 5,
bevelEnabled: true,
bevelSize: 10,
});
const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color}));
const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial);
text.translateY(90)
text.translateX(-45)
cake.add(text);
});
TextGeometry 需要设置的参数有字体大小 size，厚度 height，以及边缘是否是曲面 bevelEnabled，和曲面的大小 bevelSize。
我们这里的效果是需要开启曲面的。
4 个圆柱体画完了，文字也画完了，那蛋糕就算是画完了，之后设置下光源、相机，就可以用 Renderer 渲染了。
光源使用环境光，因为要均匀的照射：
const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC);
scene.add(light);
相机使用正交相机，因为不需要近大远小的透视效果：
const width = window.innerWidth;
const height = window.innerHeight;
//窗口宽高比
const k = width / height;
//三维场景显示范围的高度
const s = 200;
const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000);
camera.position.set(0, 100, 500)
camera.lookAt(scene.position);
正交相机的参数分别是左右上下远近的三维视野范围，我们指定高度为 200，然后根据窗口的宽高比算出宽度。远近可以设置一个比较大的范围。
之后就可以用 Renderer 来渲染了。把渲染出的 canvas 的 dom 挂载到 body 上。
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(width, height);
//设置背景颜色
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
function render() {
renderer.render(scene, camera);
cake.rotation.y += 0.005;
requestAnimationFrame(render)
}
render()
在每帧 render 之前，还做了个围绕 y 轴的自动旋转。
还要支持手动的旋转，这个直接使用 Three.js 的轨道控制器 OrbitControls 就行。
const controls = new THREE.OrbitControls(camera);
参数是相机，因为这种视野的改变就是通过改变相机位置和朝向来实现的。
创建了 Scene 中的蛋糕的每一部分，设置好了光源、相机，用渲染器做了一帧帧的渲染，并且添加了用鼠标来改变视角的轨道控制器之后，就完成了 3D 蛋糕的制作。
我们来看下效果：
全部代码：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>生日蛋糕</title>
<style>
body {
margin: 0;
overflow: hidden;
}
</style>
<script src="./js/three.js"></script>
<script src="./js/OrbitControls.js"></script>
</head>
<body>
<script>
const width = window.innerWidth;
const height = window.innerHeight;
//窗口宽高比
const k = width / height;
//三维场景显示范围的宽度
const s = 200;
const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000);
const fontLoader = new THREE.FontLoader();
const scene = new THREE.Scene();
const cake = new THREE.Group();
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
function create() {
renderer.setSize(width, height);
//设置背景颜色
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1);
document.body.appendChild(renderer.domElement);
camera.position.set(0, 100, 500)
camera.lookAt(scene.position);
const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC);
scene.add(light);
const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500);
scene.add(axisHelper);
const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png');
const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png');
const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`);
const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png');
const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1});
const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2});
const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3});
const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4});
const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'});
const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40);
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart1.translateY(45)
const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40);
const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart2.translateY(-25)
const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40);
const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]);
cakePart3.translateY(-90)
const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40);
const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]);
cakePart4.translateY(-120)
cake.add(cakePart1)
cake.add(cakePart2)
cake.add(cakePart3)
cake.add(cakePart4)
fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) {
var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', {
font: font,
size: 30,
height: 5,
bevelEnabled: true,
bevelSize: 10,
});
const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color}));
const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial);
text.translateY(90)
text.translateX(-45)
cake.add(text);
});
scene.add(cake);
}
function render() {
renderer.render(scene, camera);
cake.rotation.y += 0.005;
requestAnimationFrame(render)
}
create()
render()
const controls = new THREE.OrbitControls(camera);
</script>
</body>
</html>
总结
本文我们用 Three.js 来实现了 3D 蛋糕的效果。
首先我们学习了下 Three.js 的基础：通过 Scene 来管理物体，物体可以分组，物体包括 Mesh、Sprite 等，Mesh 是三角形构成的 3D 物体，要分别指定几何体 Geometry 和材质 Material。材质可以是纹理（Texture）贴图、也可以是颜色。其中文字的 Mesh 需要做 ttf 到 typeface.json 的转换，加载这个 json 才能显示文字。
物体创建完了之后，还要设置相机、灯光等，然后通过渲染器来一帧帧的渲染。
调试的时候还可以添加 AxisHelper 坐标系辅助工具来辅助开发。
然后我们实现了 3D 蛋糕：
通过 4 个圆柱体 + 文字来画的，圆柱体用了不同的纹理贴图材质，设置了不同的位置，然后组成蛋糕的 group。
设置了环境光，使用了正交相机，还启用了轨道控制器 OrbitControls，来实现鼠标拖拽改变相机位置，进而改变视野角度的效果。
下个他（她）的生日，不妨试试用 Three.js 画个蛋糕送给他（她），或许会有不一样的收获哦。
