本文档涵盖了Three.js中光线投射(Raycaster)与物体交互的关键概念和实现方法，基于实际代码示例进行讲解。
1. 光线投射基础概念
光线投射是一种在三维空间中追踪光线路径的技术，主要用于检测鼠标与3D物体的交互。在Three.js中，Raycaster类提供了光线投射功能，可以用来检测鼠标点击、悬停等事件与场景中物体的交点。
2. Raycaster对象创建
首先需要创建一个Raycaster对象和鼠标位置对象：
// 创建投射光线对象
const raycaster = new THREE.Raycaster();
// 鼠标的位置对象
const mouse = new THREE.Vector2();
3. 场景设置
在进行光线投射之前，需要先设置好场景、相机和待检测的物体：
// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
75, // 视野角度
window.innerWidth / window.innerHeight, // 宽高比
0.1, // 近平面
300 // 远平面
);
// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 20);
scene.add(camera);
// 创建几何体和材质
const cubeGeometry = new THREE.BoxBufferGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
wireframe: true, // 线框模式显示
});
const redMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({
color: "#ff0000", // 红色材质
});
// 创建多个立方体用于交互测试
let cubeArr = [];
for (let i = -5; i < 5; i++) {
for (let j = -5; j < 5; j++) {
for (let z = -5; z < 5; z++) {
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, material);
cube.position.set(i, j, z); // 设置立方体位置
scene.add(cube);
cubeArr.push(cube); // 将立方体添加到数组中便于检测
}
}
}
4. 鼠标事件监听
监听鼠标事件并将屏幕坐标转换为标准化设备坐标(NDC)：
// 监听鼠标点击事件
window.addEventListener("click", (event) => {
// 将鼠标位置归一化为设备坐标 [-1, 1]
mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
mouse.y = -((event.clientY / window.innerHeight) * 2 - 1);
// 从相机设置光线投射器
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
// 检测与物体的交点
let result = raycaster.intersectObjects(cubeArr);
// 对相交的物体进行处理
result.forEach((item) => {
item.object.material = redMaterial; // 改变相交物体的材质
});
});
5. 鼠标移动事件监听（可选）
除了点击事件，也可以监听鼠标移动事件实现实时交互：
// 监听鼠标移动事件（注释掉的部分）
/*
window.addEventListener("mousemove", (event) => {
mouse.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1;
mouse.y = -((event.clientY / window.innerHeight) * 2 - 1);
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
let result = raycaster.intersectObjects(cubeArr);
result.forEach((item) => {
item.object.material = redMaterial;
});
});
*/
6. 渲染器配置
配置渲染器以支持场景渲染：
// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 开启场景中的阴影贴图
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.physicallyCorrectLights = true;
// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);
7. 轨道控制器设置
添加轨道控制器以支持相机交互：
// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 设置控制器阻尼，让控制器更有真实效果,必须在动画循环里调用.update()。
controls.enableDamping = true;
// 添加坐标轴辅助器
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper);
8. 动画循环
在动画循环中更新控制器并渲染场景：
// 设置时钟
const clock = new THREE.Clock();
function render() {
let time = clock.getElapsedTime();
controls.update(); // 更新控制器
renderer.render(scene, camera); // 渲染场景
// 渲染下一帧的时候就会调用render函数
requestAnimationFrame(render);
}
render();
9. 响应式设计
处理窗口大小变化：
// 监听画面变化，更新渲染画面
window.addEventListener("resize", () => {
// 更新摄像头
camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
// 更新摄像机的投影矩阵
camera.updateProjectionMatrix();
// 更新渲染器
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 设置渲染器的像素比
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
});
10. Raycaster方法详解
10.1 setFromCamera方法
该方法根据相机和鼠标位置设置光线：
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
10.2 intersectObjects方法
该方法检测光线与指定物体数组的交点：
let result = raycaster.intersectObjects(cubeArr);
返回的结果是一个数组，每个元素包含交点信息，如交点位置、相交的物体等。
11. 交点结果处理
交点结果包含丰富的信息：
result.forEach((item) => {
// item.distance: 交点与射线起点之间的距离
// item.point: 交点的三维坐标
// item.face: 相交的面
// item.object: 相交的物体
item.object.material = redMaterial; // 更改相交物体的材质
});
12. 性能优化建议
- 只对需要交互的物体进行检测，避免检测整个场景
- 合理设置检测频率，避免每帧都进行检测造成性能问题
- 使用分组管理需要检测的物体，便于批量处理
总结
光线投射是Three.js中实现用户交互的重要技术，通过Raycaster类可以轻松实现鼠标与3D物体的交互。主要步骤包括：
- 创建Raycaster和鼠标位置对象
- 设置场景、相机和待检测物体
- 监听鼠标事件并转换坐标
- 使用setFromCamera方法设置光线
- 使用intersectObjects方法检测交点
- 处理交点结果实现交互效果
通过这种技术，可以实现点击选择物体、悬停高亮、拖拽等功能，大大增强用户的交互体验。
