ThreeJS学习6_几何体相关(BufferGeometry)
使用 BufferGeometry 可以有效减少向 GPU 传输几何体相关数据所需的开销
可以自定义顶点位置, 面片索引, 法向量, 颜色值
目录
1. BufferGeometry使用初体验
在之前的学习中, 我是已经了解到建立一个3d场景, 不知道屏幕前的你是否有了解到, threejs需要做的有, 第一: 渲染器renderer; 第二: 场景Scene; 第三, 光源Light; 第四, 物质有点线面三个部分.
在实际的开发过程中, 自己创建几何体这种情况很少见, 大部分情况是载入已有的模型, 对模型进行操作, 导入的模型可能很大, 这个时候就需要优化, 优化可以从几何体入手, 也可以从材质入手, 但是优化主要针对的就是几何体, 占内存的也是几何体而不是材质, 因此了解几何体是非常有必要的, 几何体英文( geometry ).
对于Threejs, 官方说明, 使用buffergeometry能够有效减少向GPU传输几何体相关数据所需要的开销, 同时, 用户可以自定义集合体的顶点位置, 名片索引, 法向量, 颜色值
下面创建一个简单的buffergeometry吧
// 顶点个数
var particles = 500000;var geometry = new THREE.BufferGeometry();// 每个顶点位置
let positions = [];
// 颜色值
var colors = [];// 临时颜色类型
var color = new THREE.Color();var n = 1000, n2 = n / 2; for ( var i = 0; i < particles; i ++ ) { // positions, 形成一个长方体, x, y, z的范围都是从-500到500, 形成的长方体的长宽高都为500
var x = Math.random() * n - n2;
var y = Math.random() * n - n2;
var z = Math.random() * n - n2; positions.push( x, y, z ); // colors, 设置颜色, 同理, 从0到1 var vx = ( x / n ) + 0.5;
var vy = ( y / n ) + 0.5;
var vz = ( z / n ) + 0.5; color.setRGB( vx, vy, vz ); colors.push( color.r, color.g, color.b );}
// 设置位置信息
geometry.setAttribute( 'position', new THREE.Float32BufferAttribute( positions, 3 ) );
// 设置颜色信息
geometry.setAttribute( 'color', new THREE.Float32BufferAttribute( colors, 3 ) );
// 计算边界球体
geometry.computeBoundingSphere();// 创建物资
var material = new THREE.PointsMaterial( { size: 15, vertexColors: true } );
// 创建点云
points = new THREE.Points( geometry, material );
scene.add( points );
效果如下图所示
下面对代码进行简单的分析, 并进行汇总
代码主要分为三步
- 创建所有点的位置数组, 每三个值形成x, y, z确定三维世界点的坐标
- 对应positions = [],
- positions.push()
- 创建所有点的颜色数组, 每三个值形成r, g, b确定三维世界点的颜色
- colors = []
- colors.push()
- 将位置数组和颜色数组导入到集合体中
- geometry.setAttribute( ‘position’, new THREE.Float32BufferAttribute( positions, 3 ) );
- geometry.setAttribute( ‘color’, new THREE.Float32BufferAttribute( colors, 3 ) );
根据代码, 将建好的点云加入场景中, 就有效果了, 完整代码附在文章末尾处
2. 简单压缩几何体的方法
threejs给我们提供了一些可以直接引用的方法降低GPU渲染几何体的开销, 这里展示官方给的3种类型的代码
里面第一行代码是用于计算mesh在GPU中所占内存
// 计算这个mesh在gpu中所占内存
BufferGeometryUtils.estimateBytesUsed( mesh.geometry ) + " bytes"// 使用DefaultUVEncoding降低内存数
GeometryCompressionUtils.compressUvs( mesh );// 使用QuantizePosEncoding降低内存数
GeometryCompressionUtils.compressPositions( mesh );// 使用NormEncodingMethods降低内存数
// [ "None", "DEFAULT", "OCT1Byte", "OCT2Byte", "ANGLES" ]
GeometryCompressionUtils.compressNormals( mesh, 'None' );
3. 创建由点到线的几何体
var geometry = new THREE.BufferGeometry();
var material = new THREE.LineBasicMaterial( { vertexColors: true, morphTargets: true } );var positions = [];
var colors = [];for ( var i = 0; i < segments; i ++ ) { var x = Math.random() * r - r / 2;
var y = Math.random() * r - r / 2;
var z = Math.random() * r - r / 2; // positions positions.push( x, y, z ); // colors colors.push( ( x / r ) + 0.5 );
colors.push( ( y / r ) + 0.5 );
colors.push( ( z / r ) + 0.5 );}geometry.setAttribute( 'position', new THREE.Float32BufferAttribute( positions, 3 ) );
geometry.setAttribute( 'color', new THREE.Float32BufferAttribute( colors, 3 ) );
geometry.computeBoundingSphere();line = new THREE.Line( geometry, material );
scene.add( line );
效果图如下
是不是觉得这个代码与第一章节的代码十分类似呢, 实际上就是完全一样的代码
不同点在于
- 线几何体的 material 是THREE.LineBasicMaterial
- 创建线几何体mesh使用的是 THREE.Line, 而点云使用的是THREE.Points
有了创建点几何体的知识, 就能创建线几何体
4. 创建由线到面的几何体
// 点数
var triangles = 160000;var geometry = new THREE.BufferGeometry();var positions = [];
// 点的法向量
var normals = [];
var colors = [];var color = new THREE.Color();// 正方体, 长宽高都为800
var n = 800, n2 = n / 2;
// 三角形三个点点在正方体内, 这个正方体长宽高都为12
var d = 12, d2 = d / 2; // abc, 三个顶点位置
var pA = new THREE.Vector3();
var pB = new THREE.Vector3();
var pC = new THREE.Vector3();
// c点到b点的方向向量
var cb = new THREE.Vector3();
// a点到b点的方向向量
var ab = new THREE.Vector3();for ( var i = 0; i < triangles; i ++ ) { // positions var x = Math.random() * n - n2;
var y = Math.random() * n - n2;
var z = Math.random() * n - n2; var ax = x + Math.random() * d - d2;
var ay = y + Math.random() * d - d2;
var az = z + Math.random() * d - d2; var bx = x + Math.random() * d - d2;
var by = y + Math.random() * d - d2;
var bz = z + Math.random() * d - d2; var cx = x + Math.random() * d - d2;
var cy = y + Math.random() * d - d2;
var cz = z + Math.random() * d - d2; // 添加一个三角形的3个顶点, 每个顶点有xyz三个数据
positions.push( ax, ay, az );
positions.push( bx, by, bz );
positions.push( cx, cy, cz ); // 求法向量, 首先设置三角形的三个顶点
pA.set( ax, ay, az );
pB.set( bx, by, bz );
pC.set( cx, cy, cz );
// 求出两个方向向量
cb.subVectors( pC, pB );
ab.subVectors( pA, pB );
// 叉积, 求法向量
cb.cross( ab );
// 单位化这个法向量
cb.normalize(); var nx = cb.x;
var ny = cb.y;
var nz = cb.z;
// 添加法向量到法向量数组中
// 三角形的三个顶点的法向量相同, 因此复制三份
normals.push( nx, ny, nz );
normals.push( nx, ny, nz );
normals.push( nx, ny, nz ); // colors var vx = ( x / n ) + 0.5;
var vy = ( y / n ) + 0.5;
var vz = ( z / n ) + 0.5; color.setRGB( vx, vy, vz ); colors.push( color.r, color.g, color.b );
colors.push( color.r, color.g, color.b );
colors.push( color.r, color.g, color.b );}// 加入位置信息
geometry.setAttribute( 'position', new THREE.Float32BufferAttribute( positions, 3 ).onUpload( disposeArray ) );
// 加入法向量信息
geometry.setAttribute( 'normal', new THREE.Float32BufferAttribute( normals, 3 ).onUpload( disposeArray ) );
// 加入颜色信息
geometry.setAttribute( 'color', new THREE.Float32BufferAttribute( colors, 3 ).onUpload( disposeArray ) );geometry.computeBoundingSphere();var material = new THREE.MeshPhongMaterial( {
color: 0xaaaaaa, specular: 0xffffff, shininess: 250,
side: THREE.DoubleSide, vertexColors: true
} );mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
scene.add( mesh );
效果图如下
面几何体与前两种几何体很大的不同在于, 面几何体需要法向量信息
在代码中我也是添加了很多注释便于理解, 这里我再大致解释一下
已知三个点, 求出两条边的方向向量, 这两个方向向量做叉乘, 结果变为由三个点构成的三角形的法向量
5. 创建点云的源码
由点到线, 由线到面, 希望读者自己可以模仿写出来
<!DOCTYPE html>
<html lang="ch">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>Title</title>
<style>
body{
margin: 0;
overflow: hidden;
}
</style>
</head>
<body>
<div id="container"></div><script type="module">
import * as THREE from '../build/three.module.js';
import {OrbitControls} from "./jsm/controls/OrbitControls.js";
import {GUI} from "./jsm/libs/dat.gui.module.js"; let container, camera, scene, renderer, stats; let points; init();
animation(); function init() {
scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color(0x050505);
scene.fog = new THREE.Fog(0x050505, 2000, 3000);
scene.add(new THREE.AmbientLight(0x8FBCD4, 0.4)); container = document.getElementById('container');
camera = new THREE.PerspectiveCamera(27, window.innerWidth / window.innerHeight, 5, 3500);
camera.position.z = 2750;
scene.add(camera); let particles = 500000; let geometry = new THREE.BufferGeometry(); let positions = [];
let colors = []; let color = new THREE.Color(); let n = 1000, n2 = n / 2; for (let i = 0; i < particles; i++) { let x = Math.random() * n - n2;
let y = Math.random() * n - n2;
let z = Math.random() * n - n2; positions.push(x, y, z); let vx = (x / n) + 0.5;
let vy = (y / n) + 0.5;
let vz = (z / n) + 0.5;
color.setRGB(vx, vy, vz);
colors.push(color.r, color.g, color.b);
} geometry.setAttribute('position', new THREE.Float32BufferAttribute(positions, 3));
geometry.setAttribute('color', new THREE.Float32BufferAttribute(colors, 3)); geometry.computeBoundingSphere(); let material = new THREE.PointsMaterial({size:15, vertexColors: true}); points = new THREE.Points(geometry, material);
scene.add(points); // let pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff, 1);
// // 灯跟着相机走, 效果不错
// camera.add(pointLight); scene.add(new THREE.AxesHelper(5)); renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias: true});
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
container.appendChild(renderer.domElement); let controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.enabledZoom = false; window.addEventListener('resize', onWindowResize, false);
} function animation(){
render(); requestAnimationFrame(animation);
} function render() { let time = Date.now() * 0.001; points.rotation.x = time * 0.25;
points.rotation.y = time * 0.5; renderer.render(scene, camera);
} function onWindowResize() {
camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
camera.updateProjectionMatrix(); renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}</script>
</body>
</html>
