场景、相机、渲染器基础
场景（Scene）详解
场景是 Three.js 中所有 3D 对象的容器，它定义了整个 3D 空间。让我们深入了解场景的配置和使用。
图 2.1: 包含多个几何体的场景示例
1. 场景基础配置
import * as THREE from 'three';
// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
// 设置背景色
scene.background = new THREE.Color(0x000000); // 黑色背景
// 添加雾效果
scene.fog = new THREE.Fog(0x000000, 10, 100); // 颜色、近平面、远平面
// 设置场景环境
scene.environment = new THREE.CubeTextureLoader().load([
'px.jpg', 'nx.jpg',
'py.jpg', 'ny.jpg',
'pz.jpg', 'nz.jpg'
]);
图 2.2: 使用环境贴图的场景效果
2. 场景管理
// 添加对象到场景
scene.add(mesh);
// 从场景中移除对象
scene.remove(mesh);
// 获取场景中的所有对象
const objects = scene.children;
// 遍历场景中的对象
scene.traverse((object) => {
if (object.isMesh) {
// 处理网格对象
}
});
graph TD
A[场景] --> B[几何体]
A --> C[光源]
A --> D[相机]
A --> E[辅助对象]
B --> F[网格]
B --> G[线条]
C --> H[环境光]
C --> I[平行光]
E --> J[网格辅助]
E --> K[坐标轴]
图 2.3: 场景对象层级结构
3. 场景优化
// 设置场景自动更新
scene.autoUpdate = true;
// 手动更新场景
scene.updateMatrixWorld(true);
// 清理场景
function disposeScene() {
scene.traverse((object) => {
if (object.geometry) {
object.geometry.dispose();
}
if (object.material) {
if (Array.isArray(object.material)) {
object.material.forEach(material => material.dispose());
} else {
object.material.dispose();
}
}
});
}
相机（Camera）详解
Three.js 提供了多种相机类型，每种类型都有其特定的用途。
1. 透视相机（PerspectiveCamera）
透视相机模拟人眼视角，是最常用的相机类型。
图 2.4: 透视相机的渲染效果
// 创建透视相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
75, // 视角（FOV）
window.innerWidth / window.innerHeight, // 宽高比
0.1, // 近平面
1000 // 远平面
);
// 设置相机位置
camera.position.set(0, 5, 10);
// 设置相机朝向
camera.lookAt(0, 0, 0);
// 更新相机参数
camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
camera.updateProjectionMatrix();
2. 正交相机（OrthographicCamera）
正交相机没有透视效果，适合用于 2D 场景或等距视图。
图 2.5: 正交相机的渲染效果
// 创建正交相机
const camera = new THREE.OrthographicCamera(
-10, // 左
10, // 右
10, // 上
-10, // 下
0.1, // 近平面
1000 // 远平面
);
// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
camera.lookAt(0, 0, 0);
3. 相机控制
使用 OrbitControls 实现相机控制：
图 2.6: 使用 OrbitControls 的相机控制效果
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls';
// 创建控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 配置控制器
controls.enableDamping = true; // 启用阻尼效果
controls.dampingFactor = 0.05;
controls.screenSpacePanning = false;
controls.minDistance = 10;
controls.maxDistance = 500;
controls.maxPolarAngle = Math.PI / 2;
// 在动画循环中更新控制器
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
controls.update();
renderer.render(scene, camera);
}
渲染器（Renderer）详解
渲染器负责将场景和相机的内容绘制到屏幕上。
1. 基础配置
// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
antialias: true, // 抗锯齿
alpha: true, // 透明背景
precision: 'highp' // 精度
});
// 设置渲染器尺寸
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 设置像素比
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
// 设置输出编码
renderer.outputEncoding = THREE.sRGBEncoding;
// 启用阴影
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.type = THREE.PCFSoftShadowMap;
图 2.7: 不同渲染效果的对比
2. 高级配置
// 设置渲染器参数
renderer.setClearColor(0x000000, 1); // 设置清除颜色
renderer.setClearAlpha(1); // 设置清除透明度
// 配置阴影
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.type = THREE.PCFSoftShadowMap;
// 配置后期处理
const composer = new THREE.EffectComposer(renderer);
const renderPass = new THREE.RenderPass(scene, camera);
composer.addPass(renderPass);
图 2.8: 使用后期处理的效果
3. 性能优化
// 设置渲染器参数
renderer.powerPreference = 'high-performance';
renderer.precision = 'highp';
// 自动清理
function disposeRenderer() {
renderer.dispose();
renderer.forceContextLoss();
renderer.domElement.remove();
}
// 处理窗口大小变化
window.addEventListener('resize', () => {
const width = window.innerWidth;
const height = window.innerHeight;
camera.aspect = width / height;
camera.updateProjectionMatrix();
renderer.setSize(width, height);
renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));
});
实战：创建一个完整的 3D 场景
让我们结合以上知识，创建一个完整的 3D 场景：
图 2.9: 完整的 3D 场景示例
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls';
// 创建场景
const scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color(0x1a1a1a);
// 创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
75,
window.innerWidth / window.innerHeight,
0.1,
1000
);
camera.position.set(5, 5, 5);
camera.lookAt(0, 0, 0);
// 创建渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
antialias: true,
alpha: true
});
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));
renderer.shadowMap.enabled = true;
document.getElementById('app').appendChild(renderer.domElement);
// 创建控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.enableDamping = true;
// 添加网格
const gridHelper = new THREE.GridHelper(10, 10);
scene.add(gridHelper);
// 添加环境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5);
scene.add(ambientLight);
// 添加平行光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.5);
directionalLight.position.set(5, 5, 5);
directionalLight.castShadow = true;
scene.add(directionalLight);
// 创建一个立方体
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({
color: 0x00ff00,
metalness: 0.3,
roughness: 0.4
});
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
cube.castShadow = true;
cube.receiveShadow = true;
scene.add(cube);
// 创建地面
const planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(10, 10);
const planeMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({
color: 0x808080,
side: THREE.DoubleSide
});
const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);
plane.rotation.x = -Math.PI / 2;
plane.position.y = -0.5;
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);
// 动画循环
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
// 更新控制器
controls.update();
// 旋转立方体
cube.rotation.x += 0.01;
cube.rotation.y += 0.01;
// 渲染场景
renderer.render(scene, camera);
}
// 开始动画
animate();
性能优化建议
-
场景优化
- 使用适当的几何体复杂度
- 及时清理不需要的对象
- 使用对象池管理频繁创建的对象
-
相机优化
- 设置合适的视锥体范围
- 使用适当的相机类型
- 优化控制器参数
-
渲染器优化
- 使用适当的像素比
- 启用必要的渲染特性
- 及时释放资源
练习
- 实现相机的自动旋转
- 添加多个光源并观察效果
- 实现场景的昼夜变化
- 添加后期处理效果
下一步学习
在下一章中，我们将学习：
- 几何体的创建和使用
- 材质系统的详细配置
- 纹理的应用
- 对象的变换和组合
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