09.ThreeJs开发指南-第九章-创建动画和移动相机

第九章创建动画和移动相机

基础动画：

render();

function render(){
    renderer.render(scene,camera);

    requestAnimationFrame(render);//通常保持60/s的帧率渲染
}

一、简单动画

复杂动画的基础

function render(){
    cube.rotation.x += controls.rotationSpeed;
    cube.rotation.y += controls.rotationSpeed;
    cube.rotation.z += controls.rotationSpeed;

    step += controls.bouncingSpeed;
    sphere.position.x = 20 + (10 * (Math.cos(step));
    sphere.position.y = 2 + (10 * Math.abs((Math.sin(step)));

    scalingStep += controls.scalingSpeed;

    var scaleX = Math.abs(Math.sin(scalingStep / 4));
    var scaleY = Math.abs(Math.cos(scalingStep / 5));
    var scaleZ = Math.abs(Math.sin(scalingStep / 7));
    cylinder.scale.set(scaleX,scaleY,scaleZ);

    renderer.render(scene,camera);
    requestAnimationFrame(render);

}

选择对象

var projector = new THREE.Projector();

function onDocumentMouseDown(event){

    event.preventDefault();

    var vector = new THREE.Vector3(
        (event.clientX / window.innerWidth) * 2 -1,
        (event.clientY / window.innderHeight) * 2 + 1,
        0.5
    );

    projector.unprojectVector(vector,camera);

    var raycaster = new THREE.Raycaster(camera.position,vector.sub(camera.position).normalize());

    var intersects = raycaster.intersectObjects([
        sphere,cylinder,cube
    ]);

    if(intersects.length > 0 ){
        intersects[0].object.material.transparent = true ;
        intersects[0].object.material.opacity = 0.1 ;
    }
}

点击屏幕：
1.在点击的位置创建一个向量
2.用unprojectVector函数，将屏幕上点的位置转换成Three.js场景中的座标。
3.然后，用THREE.Raycaster对象（projector.pickingRay函数的返回值）从屏幕上的点击位置想场景中发射一束光线。
4.最后，使用raycaster.intersectObjects函数来判断指定的对象中有没有被这束光线击中的。

被击中的对象信息：

distance：49.2555 // 从相机到被点物体间的距离
face：THREE.Face4 // 该网格被选中的面
faceIndex:4 // 该网格被选中的面
object:THREE.Mesh // 被点击的网格
point:THREE.Vector3 //被选中的物体上的点

Tween.js

https://github.com/sole.tween.js

这个库可以定义某个属性在两个值之间的过渡，自动计算出起始值和结束值之间的所有中间值。这个过程叫做：补间。

//10s从x=10递减到x=3
var tween = new THREE.Tween({x:10}).to({x:3},10000).easing(TWEEN.Easing.Elastic.InOut).onUpdate(function(){

});

这个渐变的过程可以是线性的，指数性的，还可能是其他的方式。
http://sole.github.io/tween.js/examples/03_graphs.html

属性值在指定时间内的变化称为 easing （缓动）

var posSrc = {pos:1};
var tween = new THREE.Tween(posSrc).to({pos:0},5000);
tween.easing (TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);

var tweenBack = new THREE.Tween(posSrc).to({pos:1},5000);
tweenBack.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut);

//使两个补间动画首尾相连
tween.chain(tweenBack);
tweenBack.chain(tween);

//遍历粒子系统中的每个点，并用补间动画提供的位置更新顶点的位置。
var onUpdate = function(){

    var count = 0;
    var pos = this.pos;

    loadedGeometry.vertices.forEach(function(e){
        var newY = ((e.y + 3.22544) * pos) - 3.22544;
        particleSystem.geometry.vertices[count++].set(e.x,newY,e.z);
    }); 

    particleSystem.sortPaticles = true;
};

tween.onUpdate(onUpdate);
tweenBack.onUpdate(onUpdate);

补间动画在模型加载完毕时启动。

var loader = new THREE.PLYLoader();
loader.load('../assets/models/test.ply',function(geometry){
    ...

    tween.start();

    ...
});

开启补间动画之后，我们需要告知Three.js库什么时候应该刷新已知的所有补间。调用TWEEN.update().

function render(){
    TWEEN.update();

    WebGLRenderer.render(scene,camera);
    requestAnimationFrame(render);
}

使用相机：

Three.js提供了几个相机控件，可以用来控制场景中的相机。

example/js/controls

FirstPersonControls：第一人称控件，键盘移动，鼠标转动
FlyControls：飞行器模拟控件，键盘和鼠标来控制相机的移动和转动
RollControls：翻滚控件，FlyControls的简化版，可以绕z轴旋转
TrackballControls：轨迹球控件，用鼠标来轻松移动、平移和缩放场景
OrbitControls：轨道控件，用于特定场景，模拟轨道中的卫星，可以用鼠标和键盘在场景中游走
PathControls：路径控件，相机可以沿着预定义的路径移动。可以四处观看，但不能改变自身的位置。

一、轨迹球控件

最常用的控件

引用：TrackballControls.js

var trackballControls = new THREE.TrackballControls(camera);
trackballControls.rotateSpeed = 1.0;
trackballControls.zoomSpeed = 1.0;
trackballControls.panSpeed = 1.0;
//trackballControls.noZoom = true;//禁止缩放场景

更新相机的位置：

var clock = new THREE.Clock();
function render(){
    var delta = clock.getDelta();
    trackballControls.update(delta);

    requestAnimationFrame(render);
    webGLRenderer.render(scene,camera);
}

THREE.Clock对象，用来精确计算出上次调用后经过的时间，或者一个渲染循环耗费的时间。

clock.getDelta() 返回此次调用和上次调用之间的时间间隔。

二、飞行控件

引用：FlyControls.js

绑定到相机上：

var flyControls = new THREE.FlyControls(camera);
flyControls.movementSpeed = 25;
flyControls.domElement = document.querySelector('#WebGL-output');
flyControls.rollSpeed = Math.PI / 24;
flyControls.autoForward = true;
flyControls.dragToLook = false;

三、翻滚控件

RollControls和FLyControls基本一致。

var rollControls = new THREE.RollControls(camera);
rollControls.movementSpeed = 25;
rollControls.lookSpeed = 3;

四、第一人称控件

FirstPersonControls

var camControls = new THREE.FirstPersonControls(camera);
camControls.lookSpeed = 0.4;
camControls.movementSpeed = 20;
camControls.noFly = true;
camControls.lookVertical = true;
camControls.constrainVertical = true;
camControls.verticalMin = 1.0;
camControls.verticalMax = 2.0;
//下面两个属性定义场景初次渲染时相机指向的位置
camControls.lon = -150;
camControls.lat = 120;

五、轨道控件

OrbitControls 控件是在场景中绕某个对象旋转、平移的好方法。

引用：OrbitControls.js

var orbitControls = new THREE.OrbitControls(camera);
orbitControls.autoRotate = true;
var clock = new THREE.Clock();
...

var delta  = clock.getDelta();
orbitControls.update(delta);

六、路径控件

创建一个路径

function getPath(){

    var points = [];
    var r = 20;
    var cX = 0;
    var cY = 0;

    for (var i = 0 ; i < 1440 ; i += 5){

        var x = r * Math.cos(i * (Math.PI / 180)) + cX;
        var z = r * Math.sin(i * (Math.PI / 180)) + cY;
        var y = i / 30;

        points.push(new THREE.Vector3(x,y,z));
    }

    return points;  
}

引用：PathControls.js

注意：加载控件之前要保证没有手动设置相机的位置，或者使用过相机的lookAt()函数，因为这可能会跟特定的控件相抵触。

var pathControls = new THREE.PathControls(camera);

//配置pathControls
pathControls.duration = 70;
pathControls.useConstantSpeed = true;
pathControls.lookSpeed = 0.1;
pathControls.lookVertical = true;
pathControls.lookHorizontal = true;
pathControls.verticalAngleMap = {
    srcRange:[0,2*Math.PI],
    dsRange:[1.1,3.8]
};
pathControls.horizontalRange = {
    srcRange:[0,2*Math.PI],
    dsRange:[0.3,Math.PI - 0.3]
};
pathControls.lon = 300;
pathControls.lat = 40;

//添加路径
controls.points.forEach(function(e){
    pathControls.wayPoints.push([e.x,e.y,e.z]);
});

//初始化控件
pathControls.init();

//开始动画，保证相机可以自动移动
scene.add(pathControls.animationParent);
pathControls.animation.play(true,0);


帧循环：
var delta = clock.getDelta();
THREE.AnimationHandler.update(delta);
pathControls.update(delta);

变形动画和骨骼动画

变形动画：通过变形目标，可以定义经过变形之后的版本，或者说关键位置。对于这个变形目标其所有的顶点都会被存储下来。

骨骼动画（蒙皮动画）：通过定义骨骼，并把顶点绑定到特定的骨头上。当移动一块骨头时，任何相连的骨头都会做相应的移动，骨头上的绑定的顶点也会随之移动。

变形动画比骨骼动画能够在three.js中更好的工作。骨骼动画的主要问题是，如何从Blender等三维程序中比较好的导出数据。

一、变形动画

变形目标是制作变形动画直接的方法。

原理：为所有的顶点都指定一个关键位置，然后让three.js将这些顶点从一个关键位置移动到另一个。

不足：对于大型网格，模型文件会变得非常大。因为在每个关键位置上，所有顶点的位置都要存储两遍。

Three.js提供了一种方法使得模型可以从一个位置迁移到另一个位置，但是这也意味着我们可能不得不手工记录当前所处的位置，以及下一个变形目标的位置。一旦到达目标位置，我们就得重复这个过程以达到下一个位置。

为此，Three.js为我们提供了MorphAnimMesh 变形动画网格

1.MorphAnimMesh 变形动画网格

var loader = new THREE.JSONLoader();
loader.load('../assets/models/horse.js',function(geometry,mat){

    var mat = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color:0xffffff,
        morphNormals:false,
        morphTargets:true,//使Mesh可以执行动画
        vertexColors:THREE.FaceColors
    });

    morphColorsToFaceColors(geometry);
    geometry.computeMorphNormals();//确保变形目标的所有法向量都会被计算。这对于正确的光照和阴影是必须的。

    meshAnim = new THREE.MorphAnimMesh(geometry,mat);

    scene.add(meshAnim);

},'../assets/models');

//在某个特定的变形目标上为某些面指定颜色是可能的。
//该函数保证动画过程中使用正确的颜色。
function morphColorsToFaceColors(geometry){

    if(geometry.morphColors && geometry.morphColors.length){

        var colorMap = geometry.morphColors[0];

        for(var i = 0; i < colorMap.colors.length;i++){
            geometry.faces[i].color = colorMap.colors[i];
            geometry.faces[i].color.offsetHSL(0,0.3,0);
        }
    }
}

帧循环：

function render(){

    var delta = color.getDelta();

    webGLRenderer.clear();
    if(meshAnim){
        meshAnim.updateAnimation(delta*100);
        meshAnim.rotation.y += 0.01;
    }

    requestAnimationFrame(render);
    webGLRenderer.render(scene,camera);
}

2.通过设置morphTargetInfluence属性创建动画

var cubeGeometry = new THREE.CubeGeometry(4,4,4);
var cubeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({
    morphTargets:true,
    color:0xff0000
});

var cubeTarget1 = new THREE.CubeGeometry(2,10,2);
var cubeTarget2 = new THREE.CubeGeometry(8,2,8);

cubeGeometry.morphTargets[0] = {name:'t1',vertices:cubeTarget2.vertices};
cubeGeometry.morphTargets[1] = {name:'t2',vertices:cubeTarget1.vertices};

cubeGeometry.computeMorphNormals();

var cube = new THREE.Mesh(cubeGeometry,cubeMaterial);

var controls = new function(){
    this.influence1 = 0.01;
    this.influence2 = 0.01;

    this.update = function(){

        cube.morphTargetInfluences[0] = controls.influence1;
        cube.morphTargetInfluences[1] = controls.influence2;
    }
}

二、用骨骼和蒙皮制作动画 THREE.SkinnedMesh

加载Three.js骨骼动画模型,该文件中带有骨骼的定义。

var loader = new THREE.JSONLoader();
loader.load('../assets/models/hand-1.js',function(geometry,mat){

    var mat = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color:0xF0C8C9,
        skinning:true //使用带有蒙皮的网格对象，需要对模型所用材质的skinning属性设置为true。
    });

    //带有蒙皮的网格对象
    mesh = new THREE.SkinnedMesh(geometry,mat);

    mesh.rotation.x = 0.5 * Math.PI;
    mesh.rotation.z = 0.7 * Math.PI;

    mesh.bones.forEach(function(e){
        u.useQuaternion = false;//如果为true，则必须使用四元素来定义骨头的旋转。为false，我们就可以使用一般方式来设置这个旋转。
    });

    scene.add(mesh);

    tween.start();

},'../assets/models');


var onUpdate = function(){

    var pos = this.pos;

    //旋转手指
    mesh.bones[5].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[6].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[10].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[11].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[15].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[16].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[20].rotation.set(0,0,pos);
    mesh.bones[21].rotation.set(0,0,pos);

    //旋转手腕
    mesh.bones[1].rotation.set(pos,0,0);

}

这里我们是手动变化骨骼的位置，以达到动画的效果。

这里缺少的是如何以固定的时间间隔调用update方法，即更新骨骼的位置，为此，我们使用了Tween.js库。

使用外部模型创建动画

支持动画的几个模型：

1.带有JSON导出器的Blender
2.Collada模型
3.MD2模型

一、加载Blender中导出的动画：

在Blender中创建动画：
1.模型中的顶点至少要在一个顶点组中
2.blender中顶点组的名字必须跟控制这个顶点组的骨头的名字相对应。只有这样，当骨头被移动时Three.js才能找到需要修改的顶点。
3.只有第一个action可以导出，所以要保证你想要导出的动画是第一个action。
4.创建keyframes（关键帧名）时，最好选择所有骨头，即便它们没有变化。
5.导出模型时，要保证模型处于静止状态。如果不是这样，那么你看到的动画将非常混乱。

var loader = new THREE.JSONLoader();

loader.load('../assets/models/hand-2.js',function(geometry,mat){

    THREE.AnimationHandler.add(geometry.animation);//注册动画

    var mat = new THREE.MeshLambertMaterial({
        color:0xF0C8C9,
        skinning:true
    });

    mesh = new THREE.SkinnedMesh(geometry,mat);
    mesh.rotation.x = 0.5 * Math.PI;
    mesh.rotation.z = 0.7 * Math.PI;

    scene.add(mesh);

    var animation = new THREE.Animation(mesh,'wave');//创建动画，动画的名字要和Blender中的名字一致

    animation.play();

},'../assets/models');

帧循环：

THREE.AnimationHandler.update(clock.getDelta());

二、从Collada模型中加载动画

引入：ColladaLoader.js

var loader = new THREE.ColladaLoader();
loader.load('../assets/models/moster.dae',function(collada){

    var geom = collada.skins[0].geometry;
    var mat = collada.skins[0].material;

    geom.computeMorphNormals();
    mat.morphNormals = true;

    meshAnim = new THREE.MorphAnimMesh(geom,mat);

    meshAnim.scale.set(0.15,0.15,0.15);
    meshAnim.rotation.x = -0.15 * Math.PI;
    meshAnim.rotation.z = -100;
    meshAnim.rotation.y = -60;

    scene.add(meshAnim);
    meshAnim.duration = 5000;

});

一个Collada文件中不仅可以包含模型，还可以保存整个场景，包括相机、光源、动画等。

使用Collada模型最好的方式是将loader.load函数调用结果输出到控制台，然后决定使用哪些组件。

帧循环：

function render(){
    ...
    meshAnim.updateAnimation(delta*1000);
    ...
}

从雷神之锤模型中加载动画

首先得将MD2格式转换为Three.js中的JavaScript格式。

http://oos.moxiecode.com/js_webgl/md2_converter/

MD2模型文件中通常会保存几个角色动画。Three.js提供了一种功能可以让我们选择动画，并调用playAniamtion()进行播放。

mesh.parseAnimations();//返回一组动画的名称。

mesh.parseAnimations();

var animLabels = [];

for(var key in mesh.geometry.animations){
    if(key == 'length' || !mesh.geometry.animations.hasOwnProperty(key))
        continue;

    animLabels.push(key);
}

gui.add(controls,'animations',animLabels).onchange(function(e){
    mesh.playAnimation(controls.animations,controls.fps);
});

小结：

变形目标：MorphAnimMesh类
骨骼动画：SkinnedMesh类

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