Three.js实现太阳系八大行星的自转公转

Three.js是用javascript编写的WebGL第三方库,运用three.js框架写3D程序,就如同在现实生活中观察一个3D场景一样,让人置身其中。介绍three.js必须提到它的三大组件,Scene,Camera,Render。它们是整个框架的基础,有了这三个组件才能将物体渲染到网页上,实现整个场景的搭建。

场景(scene)

顾名思义,就是用来放置所有的元素。

var scene = new THREE.Scene();  //建立场景
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相机(camera)

相机,我们要在哪个位置,如何去看这些元素。 相机分为多种,不展开介绍,这里我们使用的是透视相机。

var camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 10000); //设置相机为 角度60度,宽高比,最近端Z轴为1,最远端Z轴为10000
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我们可以通过一张来自three.js文档中的图片来了解这些属性

渲染器(render)

当把场景中的所有内容准备好后,就可以对场景进行渲染,表示我们怎样来绘制这些元素。 渲染器也分为多种,这里使用的是WebGLRenderer;

var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
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具体步骤:建立元素->定义相机->搭建场景->将元素和相机放入场景中->渲染场景 具体代码我们会在后面介绍,然后让我们先瞅一眼效果图。

二. 基本初始化

这里直接在CDN上引入three.js <script src="https://cdn.bootcss.com/three.js/r83/three.min.js"></script>

注:因为某些行星的大小,转速,距离差距过大,所以进行了一些不平衡调整。下面将一一分析这些元素是如何放入的。

1.canvas

我们没有把场景直接挂载到body中,而是在body中放置了一个canvas画布,在其上显示。

2.背景

我们没有做3D的旋转背景,而是直接放了一张背景图作为小太阳系的背景。这张背景图是直接在canvas中放置的。

<canvas id="webglcanvas"></canvas>
renderer = new THREE.WebGLRenderer({    //定义渲染器
            alpha: true,    //让背景透明,默认是黑色,以显示我们自己的背景图
        });
renderer.setClearAlpha(0);
//css文件
#webglcanvas {
            background: url(./images/bg4.jpg) no-repeat;
            background-size: cover;
        }
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但如果只是这样简单的操作是没有用的,因为在添加渲染器后,会默认添加一个背景颜色为黑色。所以要在渲染器中设置它的alpha属性 (WebGL渲染器及属性方法) ,让背景透明,以显示我们自己的背景图

3.定义基本组件

定义场景

scene = new THREE.Scene(), //建立场景

定义照相机位置

camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 1,10000); //设置相机为 角度60度,宽高比,最近端Z轴为1,最远端Z轴为10000
        camera.position.z = 2000;   //调整相机位置
        camera.position.y = 500;
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建立一个组

组可以看作是一些元素的容器,将某些有共同特征的元素放在一个组里。

group = new THREE.Group(), //建立一个组

我会在第三节解释为什么要建立额外16个组。

//下面这些组用来建立每个星球的父元素,以实现 八大行星不同速度的公转与自转
        var group1 = new THREE.Group();
            groupParent1 = new THREE.Group();
            group2 = new THREE.Group();
            groupParent2 = new THREE.Group();
            group3 = new THREE.Group();
            groupParent3 = new THREE.Group();
            group4 = new THREE.Group();
            groupParent4 = new THREE.Group();
            group5 = new THREE.Group();
            groupParent5 = new THREE.Group();
            group6 = new THREE.Group();
            groupParent6 = new THREE.Group();
            group7 = new THREE.Group();
            groupParent7 = new THREE.Group();
            group8 = new THREE.Group();
            groupParent8 = new THREE.Group();
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定义渲染器

WebGLRenderer中有一个用来绘制输出的canvas对象,现在获取设置的canvas放入我们渲染器中的canvas对象中

var canvas = document.getElementById('webglcanvas'),
renderer = new THREE.WebGLRenderer({    //定义渲染器
            alpha: true,    //让背景透明,默认是黑色  以显示我们自己的背景图
            canvas: canvas, //一个用来绘制输出的Canvas对象
            antialias: true //抗锯齿
        });
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);    //设置渲染器的宽高
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4.初始化函数

在这个函数中进行一系列的初始化操作。

function init() {       //用来初始化的函数
            scene.add(group);   //把组都添加到场景里

            scene.add(groupParent1);
            scene.add(groupParent2);
            scene.add(groupParent3);
            scene.add(groupParent4);
            scene.add(groupParent5);
            scene.add(groupParent6);
            scene.add(groupParent7);
            scene.add(groupParent8);
            
            var loader = new THREE.TextureLoader();/*材质  纹理加载器*/
            // 太阳
            loader.load('./images/sun1.jpg', function (texture) {     
                var geometry = new THREE.SphereGeometry(250, 20, 20)  //球体模型   
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture })  //材质  将图片解构成THREE能理解的材质
                var mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);        //网孔对象    第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                group.add(mesh);//添加到组里
            })
            // 水星
            loader.load('./images/water.jpg', function (texture) {
                var geometry = new THREE.SphereGeometry(25, 20, 20)  //球型   
                var material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture })  //材质  将图片解构成THREE能理解的材质
                var mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
                group1.position.x -= 300;
                group1.add(mesh);
                groupParent1.add(group1);
            })
            //其它7颗行星参数因为太长了在这里就不给出了,但参数的设置原理都是一样的
            }
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简要解释一下:

var loader = new THREE.TextureLoader();是定义了一个材质纹理加载器。

var geometry = new THREE.SphereGeometry(250, 20, 20);建立一个球体模型,球体半径为250,水平分割面的数量20,垂直分割面的数量20。

var mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);网孔对象。

具体作用就是创建一个球体元素,先构建框架,在用行星的平面图将它包裹起来,就形成了一颗行星,再把这颗行星添加到组里,之后再把组添加到场景里。这里就构建单个元素的过程。

那么为什么太阳直接添加到组里,而水星要用两个组层级添加,且给它的位置设偏移呢。我们来到第三节。

三. 自转同时公转

旋转方式:我们要实现旋转功能有三种方式 1.旋转照相机 2.旋转整个场景(Scene) 3.旋转单个元素。

因为我们这里每个行星的自转速度,公转速度都不一样。所以设置整体旋转并不可行,所以要给每个元素设置不同的旋转属性。

旋转机制:这里介绍物体的rotation属性,相对于自身旋转。

例如: scene.rotation.y += 0.04; //整个场景绕自身的Y轴逆时针旋转

进入正题

Scene中的所有元素使用rotation.y属性,默认旋转轴都为这根Y轴,因为它们初始化Y轴就是这根轴。 所以让太阳旋转直接让它的组旋转就行了 group.rotation.y += 0.04;

而其它行星需要让它们围绕着太阳转,就要先给它们自身设置一个位置偏移。例如水星: group1.position.x -= 300; 而此时设置 group1.rotation.y 属性,它就会实现自转。因为它的Y轴位置已经改变了。

那么此时要想再实现公转,在这个对象中是找不到默认Y轴这根线的。所以我们给group1再设置了一个“父元素”groupParent1。 groupParent1.add(group1);

当我们移动了group1时,groupParent1的位置是没有变的,自然它的Y轴也不会变,又因为groupParent1包含了group1,所以旋转groupParent1时,group1也会绕着初始的默认Y轴旋转。所以设置那么多组,是为了实现每颗行星不同的速度和公转的同时自转。

四. 其他实现函数

function render() {
            renderer.render(scene, camera);
            camera.lookAt(scene.position);  //让相机盯着场景的位置 场景始终在中间
        }
        //设置公转
        function revolution(){
            groupParent1.rotation.y += 0.15;
            groupParent2.rotation.y += 0.065;
            groupParent3.rotation.y += 0.05;
            groupParent4.rotation.y += 0.03;
            groupParent5.rotation.y += 0.001; 
            groupParent6.rotation.y += 0.02;
            groupParent7.rotation.y += 0.0005;
            groupParent8.rotation.y += 0.003;
        }
        //设置自转
        function selfRotation(){
            group.rotation.y += 0.04;
            group1.rotation.y += 0.02;
            group2.rotation.y -= 0.005;
            group3.rotation.y += 1;
            group4.rotation.y += 1;
            group5.rotation.y += 1.5;
            group6.rotation.y += 1.5;
            group7.rotation.y -= 1.5;
            group8.rotation.y += 1.2;
        }
        function Animation() {
            render();
            selfRotation();
            revolution();
            requestAnimationFrame(Animation);   
        }
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最后再调用一下 init()和Animation()函数就OK了。

觉得有点意思的就点个:+1:8.

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