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1000粉!使用Three.js制作一个专属3D奖牌🥇

dragonir
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背景

破防了 😭!突然发现 SegmentFault 平台的粉丝数量已经突破 1000 了,它是我的三个博客平台掘金、博客园、SegmentFault中首个粉丝突破 1000 的,于是设计开发这个页面,特此纪念一下。非常感谢大家的关注 🙏,后续我会更加专注前端知识的整理分享,写出更多高质量的文章。(希望其他平台也早日破千 😂

本文使用 React + Three.js 技术栈,实现粉丝突破 10003D 纪念页面,包含的主要知识点包括:Three.js 提供的光源、DirectionLight 平行光、HemisphereLight 半球光源、AmbientLight 环境光、奖牌素材生成、贴图知识、MeshPhysicalMaterial 物理材质、TWEEN 镜头补间动画、CSS 礼花动画等。

效果

实现效果图如文章 👆 Banner图 所示,页面由包含我的个人信息的奖牌 🥇1000+ Followers 模型构成,通过以下链接可以实时预览哦 🤣

👀 在线预览:https://dragonir.github.io/3d...

实现

引入资源

首先引入开发功能所需的库,其中 FBXLoader 用于加在 1000+ 字体模型、OrbitControls 镜头轨道控制、TWEEN 用于生成补间动画、Stats 用于开发时性能查看。

import * as THREE from "three";
import { FBXLoader } from "three/examples/jsm/loaders/FBXLoader";
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";
import Stats from "three/examples/jsm/libs/stats.module";

场景初始化

这部分内容主要用于初始化场景和参数,详细讲解可点击文章末尾链接阅读我之前的文章,本文不再赘述。

container = document.getElementById('container');
renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.needsUpdate = true;
container.appendChild(renderer.domElement);
// 场景
scene = new THREE.Scene();
// 给场景设置好看的背景
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(backgroundTexture);
// 摄像机
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(0, 0, 0);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
// 控制器
controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
controls.enableZoom = false;
controls.enablePan = false;
controls.rotateSpeed = .2;
📌 为了达到更好的视觉效果,为 OrbitControls 设置了缩放禁用、平移禁用和减小默认旋转速度

光照效果

为了模拟真实的物理场景,本示例中使用了 3种 光源。

// 直射光
const cubeGeometry = new THREE.BoxGeometry(0.001, 0.001, 0.001);
const cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({ color: 0xffffff });
const cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry, cubeMaterial);
cube.position.set(0, 0, 0);
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.intensity = 1;
light.position.set(18, 20, 60);
light.castShadow = true;
light.target = cube;
light.shadow.mapSize.width = 512 * 12;
light.shadow.mapSize.height = 512 * 12;
light.shadow.camera.top = 80;
light.shadow.camera.bottom = -80;
light.shadow.camera.left = -80;
light.shadow.camera.right = 80;
scene.add(light);
// 半球光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff);
ambientLight.intensity = .8;
scene.add(ambientLight);
// 环境光
const hemisphereLight = new THREE.HemisphereLight(0xffffff, 0xfffc00);
hemisphereLight.intensity = .3;
scene.add(hemisphereLight);

💡 Three.js 提供的光源

Three.js 库提供了一些列光源,而且没种光源都有特定的行为和用途。这些光源包括:

光源名称描述
AmbientLight 环境光这是一种基础光源,它的颜色会添加到整个场景和所有对象的当前颜色上
PointLight 点光源空间中的一点,朝所有的方向发射光线
SpotLight 聚光灯光源这种光源有聚光的效果,类似台灯、天花板上的吊灯,或者手电筒
DirectionLight 平行光也称为无限光。从这种光源发出的光线可以看着平行的。例如,太阳光
HemishpereLight 半球光这是一种特殊光源,可以用来创建更加自然的室外光线,模拟放光面和光线微弱的天空
AreaLight 面光源使用这种光源可以指定散发光线的平面,而不是空间中的一个点
LensFlare 镜头眩光这不是一种光源,但是通过 LensFlare 可以为场景中的光源添加眩光效果

💡 THREE.DirectionLight 平行光

THREE.DirectionLight 可以看作是距离很远的光,它发出的所有光线都是相互平行的。平行光的一个范例就是太阳光。被平行光照亮的整个区域接受到的光强是一样的。

构造函数

new THREE.DirectionLight(color);

属性说明

  • position:光源在场景中的位置。
  • target:目标。它的指向很重要。使用 target 属性,你可以将光源指向场景中的特定对象或位置。此属性需要一个 THREE.Object3D 对象。
  • intensity:光源照射的强度,默认值:1
  • castShadow:投影,如果设置为 true,这个光源就会生成阴影。
  • onlyShadow:仅阴影,如果此属性设置为 true,则该光源只生成阴影,而不会在场景中添加任何光照。
  • shadow.camera.near:投影近点,表示距离光源的哪一个位置开始生成阴影。
  • shadow.camera.far:投影远点,表示到距离光源的哪一个位置可以生成阴影。
  • shadow.camera.left:投影左边界。
  • shadow.camera.right:投影右边界。
  • shadow.camera.top:投影上边界。
  • shadow.camera.bottom:投影下边界。
  • shadow.map.widthshadow.map.height:阴影映射宽度和阴影映射高度。决定了有多少像素用来生成阴影。当阴影具有锯齿状边缘或看起来不光滑时,可以增加这个值。在场景渲染之后无法更改。两者的默认值均为:512

💡 THREE.HemisphereLight 半球光光源

使用半球光光源,可以创建出更加贴近自然的光照效果

构造函数

new THREE.HeimsphereLight(groundColor, color, intensity);

属性说明

  • groundColor:从地面发出的光线颜色。
  • Color:从天空发出的光线颜色。
  • intensity:光线照射的强度。

💡 THREE.AmbientLight 环境光

在创建 THREE.AmbientLight 时,颜色会应用到全局。该光源并没有特别的来源方向,并且不会产生阴影

构造函数

new THREE.AmbientLight(color);

使用建议

  • 通常不能将 THREE.AmbientLight 作为场景中唯一的光源,因为它会将场景中的所有物体渲染为相同的颜色。
  • 使用其他光源,如 THREE.SpotLightTHREE.DirectionLight的同时使用它,目的是弱化阴影或给场景添加一些额外颜色。
  • 由于 THREE.AmbientLight 光源不需要指定位置并且会应用到全局,所以只需要指定个颜色,然后将它添加到场景中即可。

添加网格和地面

添加网格是为了方便开发,可以调整模型的合适的相对位置,本例中保留网格的目的是为了页面更有 3D景深效果。透明材质的地面是为了显示模型的阴影。

// 网格
const grid = new THREE.GridHelper(200, 200, 0xffffff, 0xffffff);
grid.position.set(0, -30, -50);
grid.material.transparent = true;
grid.material.opacity = 0.1;
scene.add(grid);
// 创建地面,透明材质显示阴影
var planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(200, 200);
var planeMaterial = new THREE.ShadowMaterial({ opacity: .5 });
var plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);
plane.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
plane.position.set(0, -30, -50);
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

创建奖牌

由于时间关系,本示例奖牌模型直接使用 Three.js 自带的基础立方体模型 THREE.BoxGeometry 来实现,你也可以使用其他立方体如球体、圆珠等,甚至可以使用 Blender 等专业建模软件创建自己喜欢的奖牌形状。(ps:个人觉得立方体也挺好看的 😂)

💡 奖牌UI素材生成

🥇 奖牌上下面和侧面贴图制作

为了生成的奖牌有黄金质感,本例中使用 👇 该材质贴图,来生成亮瞎眼的24K纯金效果 🤑

🥇 奖牌正面和背面贴图制作

奖牌的正面和背面使用的贴图是 SegmentFault 个人中心页的截图,为了更具有金属效果,我用 👆 上面金属材质贴图给它添加了一个带有圆角的边框

Photoshop 生成圆角金属边框具体方法:截图上面添加金属图层 -> 使用框选工具框选需要删除的内容 -> 点击选择 -> 点击修改 -> 点击平滑 -> 输入合适的圆角大小 -> 删除选区 -> 合并图层 -> 完成并导出图片。

最终的正反面的材质贴图如 👇 下图所示,为了显示更清晰,我在 Photoshop 中同时修改了图片的对比度饱和度,并加了 SegmentFaultLogo 在上面。

🥇 奖牌正面和背面的法相贴图制作

为了生成凹凸质感,就需要为模型添加法相贴图。使用 👆 上面已经生成的正面和背面的材质贴图,就可以使用在线工具自动生成法相贴图。生成时可以根据需要,通过调整 StrengthLevelBlur 等参数进行样式微调,并且能够实时预览。调整好后点击 Download 下载即可。

🚪 法相贴图在线制作工具传送门:NormalMap-Online

通过多次调节优化,最终使用的法相贴图如 👇 下图所示。

使用上面生成的素材,现在进行奖牌模型的构建。正面和背面使用个人信息材质,其他面使用金属材质。然后遍历对所有面调整金属度粗糙度样式。

let segmentMap = new THREE.MeshPhysicalMaterial({map: new THREE.TextureLoader().load(segmentTexture), normalMap: new THREE.TextureLoader().load(normalMapTexture) });
let metalMap = new THREE.MeshPhysicalMaterial({map: new THREE.TextureLoader().load(metalTexture)});
// 创建纹理数组
const boxMaps = [metalMap, metalMap, metalMap, metalMap, segmentMap, segmentMap];
// 💡 立方体长宽高比例需要和贴图的大小比例一致,厚度可以随便定
box = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(297, 456, 12), boxMaps);
box.material.map(item => {
  // 材质样式调整
  item.metalness = .5;
  item.roughness = .4;
  item.refractionRatio = 1;
  return item;
});
box.scale.set(0.085, 0.085, 0.085);
box.position.set(-22, 2, 0);
box.castShadow = true;
meshes.push(box);
scene.add(box);

👆 上面 4 张效果图依次对应的是:

  • 图1:创建没有贴图的 BoxGeometry,只是一个白色的立方体。
  • 图2:立方体添加 材质贴图,此时没有凹凸效果
  • 图3:立方体添加 法相贴图,此时产生凹凸效果
  • 图4:调节立方体材质的 金属度粗糙程度反射率,更具有真实感。

💡 Three.js 中的贴图

贴图类型
  • map:材质贴图
  • normalMap:法线贴图
  • bumpMap:凹凸贴图
  • envMap:环境贴图
  • specularMap:高光贴图
  • lightMap:光照贴图
贴图原理

通过纹理贴图加载器 TextureLoader() 去新创建一个贴图对象出来,然后再去调用里面的 load() 方法去加载一张图片,这样就会返回一个纹理对象,纹理对象可以作为模型材质颜色贴图 map 属性的值,材质的颜色贴图属性 map 设置后,模型会从纹理贴图上采集像素值。

💡 MeshPhysicalMaterial 物理材质

MeshPhysicalMaterial 类是 PBR 物理材质,可以更好的模拟光照计算,相比较高光网格材质MeshPhongMaterial 渲染效果更逼真。

如果你想展示一个产品,为了更逼真的渲染效果最好选择该材质,如果游戏为了更好的显示效果可以选择 PBR 材质 MeshPhysicalMaterial,而不是高光材质 MeshPhongMaterial
特殊属性
  • .metalness 金属度属性:表示材质像金属的程度。非金属材料,如木材或石材,使用 0.0,金属使用 1.0,中间没有(通常). 默认 0.5. 0.01.0 之间的值可用于生锈的金属外观。如果还提供了粗糙度贴图 .metalnessMap,则两个值都相乘。
  • .roughness 粗糙度属性:表示材质的粗糙程度. 0.0 表示平滑的镜面反射,1.0 表示完全漫反射. 默认 0.5. 如果还提供粗糙度贴图 .roughnessMap,则两个值相乘.
  • .metalnessMap 金属度贴图:纹理的蓝色通道用于改变材料的金属度.
  • .roughnessMap 粗糙度贴图:纹理的绿色通道用于改变材料的粗糙度。
📌 注意使用物理材质的时候,一般需要设置环境贴图 .envMap

加载1000+文字模型

1000+ 字样的模型使用 THREE.LoadingManagerFBXLoader 加载。详细使用方法也不再本文中赘述,可参考文章末尾链接查看我的其他文章,里面有详细描述。😁

const manager = new THREE.LoadingManager();
manager.onProgress = async(url, loaded, total) => {
  if (Math.floor(loaded / total * 100) === 100) {
    // 设置加载进度
    _this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
    // 加载镜头移动补间动画
    Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: 4, z: 60 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 3600, () => {});
  } else {
    _this.setState({ loadingProcess: Math.floor(loaded / total * 100) });
  }
};
const fbxLoader = new FBXLoader(manager);
fbxLoader.load(textModel, mesh => {
  mesh.traverse(child => {
    if (child.isMesh) {
      // 生成阴影
      child.castShadow = true;
      // 样式调整
      child.material.metalness = 1;
      child.material.roughness = .2;
      meshes.push(mesh);
    }
  });
  mesh.position.set(16, -4, 0);
  mesh.rotation.x = Math.PI / 2
  mesh.scale.set(.08, .08, .08);
  scene.add(mesh);
});

补间动画

相机移动实现漫游等动画,页面打开时,模型加载完毕从大变小的动画就是通过 TWEEN 实现的。

animateCamera: (camera, controls, newP, newT, time = 2000, callBack) => {
  var tween = new TWEEN.Tween({
    x1: camera.position.x, // 相机x
    y1: camera.position.y, // 相机y
    z1: camera.position.z, // 相机z
    x2: controls.target.x, // 控制点的中心点x
    y2: controls.target.y, // 控制点的中心点y
    z2: controls.target.z, // 控制点的中心点z
  });
  tween.to({
    x1: newP.x,
    y1: newP.y,
    z1: newP.z,
    x2: newT.x,
    y2: newT.y,
    z2: newT.z,
  }, time);
  tween.onUpdate(function (object) {
    camera.position.x = object.x1;
    camera.position.y = object.y1;
    camera.position.z = object.z1;
    controls.target.x = object.x2;
    controls.target.y = object.y2;
    controls.target.z = object.z2;
    controls.update();
  });
  tween.onComplete(function () {
    controls.enabled = true;
    callBack();
  });
  tween.easing(TWEEN.Easing.Cubic.InOut);
  tween.start();
}

动画更新

最后不要忘了要在 requestAnimationFrame 中更新场景、轨道控制器、TWEEN、以及模型的自转 🌍 等。

// 监听页面缩放,更新相机和渲染
function onWindowResize() {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}
function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
  stats && stats.update();
  controls && controls.update();
  TWEEN && TWEEN.update();
  // 奖牌模型自转
  box && (box.rotation.y += .04);
}

礼花动画

最后,通过 box-shadow 和简单的 CSS 动画,给页面添加 🎉 绽放效果,营造 🎅 欢庆氛围!

<div className="firework_1"></div>
<div className="firework_2"></div>
<!-- ... -->
<div className="firework_10"></div>

样式动画:

[class^=firework_] {
  position: absolute;
  width: 0.1rem;
  height: 0.1rem;
  border-radius: 50%;
  transform: scale(8)
}
.firework_1 {
  animation: firework_lg 2s both infinite;
  animation-delay: 0.3s;
  top: 5%;
  left: 5%;
}
@keyframes firework_lg {
  0%, 100% {
    opacity: 0;
  }
  10%, 70% {
    opacity: 1;
  }
  100% {
    box-shadow: -0.9rem 0rem 0 #fff, 0.9rem 0rem 0 #fff, 0rem -0.9rem 0 #fff, 0rem 0.9rem 0 #fff, 0.63rem -0.63rem 0 #fff, 0.63rem 0.63rem 0 #fff, -0.63rem -0.63rem 0 #fff, -0.63rem 0.63rem 0 #fff;
  }
}

实现效果:

🔗 完整代码 https://github.com/dragonir/3...

总结

本文中主要涉及到的知识点包括:

  • Three.js 提供的光源
  • THREE.DirectionLight 平行光
  • THREE.HemisphereLight 半球光光源
  • THREE.AmbientLight 环境光
  • 奖牌 UI 素材生成
  • Three.js 中的贴图
  • MeshPhysicalMaterial 物理材质
  • TWEEN 镜头补间动画
  • CSS 礼花动画

想了解场景初始化、光照、阴影及其他 Three.js 的相关知识,可阅读我的其他文章。如果觉得文章对你有帮助,不要忘了 一键三连 👍

附录

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