用 Three.js 畫個 3D 生日蛋糕送給他（她）

作者：神說要有光zxg 2021-11-23 22:50:14

開發前端

Mesh 比較常用，它是由一個個三角形構成的幾何體，還可以在每個面上貼圖。所以，參數有兩個，幾何體 Geometry 和材質 Material。

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作為整天和 UI 打交道的前端工程師，是否想在他(她)生日的時候用代碼送上一份驚喜呢?

不妨用 Three.js 做個 3D 的蛋糕送給 ta，既浪漫又能展現你技術的魅力。

這篇文章我們就來學習下如何用 Three.js 畫一個蛋糕。

代碼地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

Three.js 相關基礎

Three.js 是通過場景 Scene 來管理所有的物體的，加到 Scene 的物體還可以分個組：

const scene = new THREE.Scene(); 
 
scene.add(xxx); 
 
const group = new THREE.Group(); 
 
group.add(yyy); 
 
group.add(zzz); 
 
scene.add(group);

想要把 Scene 中的所有物體渲染出來，需要指定一個相機 camera，然后用 renderer 來渲染，如果有動畫效果，要用 requestAnimationFrame 來一幀幀不斷渲染。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
function render() { 
 
renderer.render(scene, camera); 
 
requestAnimationFrame(render); 
 
} 
 
render();

相機 camera 分為從一個點去看的透視相機 PerspectiveCamera，還有從一個面去投影的正交相機 OrthographicCamera。

透視相機的特點是近大遠小，而正交的則不是，就是一個平行投影，大小不變。

三維世界還需要指定一個光源，不然是全黑的，光源種類很多，常用的有這些：

點光源：從一個點發射光線，就像燈泡一樣
平行光：平行的光線
環境光：均勻照射每個地方
聚光燈：舞臺聚光燈的光源

三維場景中的物體有很多種，比如永遠面向相機的平面是 Sprite(我們做“漫天花雨”效果用的那個)，還有由三角形構成的物體叫做 Mesh。

Mesh 比較常用，它是由一個個三角形構成的幾何體，還可以在每個面上貼圖。所以，參數有兩個，幾何體 Geometry 和材質 Material。

比如圓柱體就是一個 Mesh，創建它的時候要指定圓柱幾何體 CylinderBufferGeometry 和每個面的材質 Material。

const 圓柱幾何體 = new THREE.CylinderBufferGeometry(上圓半徑, 下圓半徑, 高度, 側面分段數量); 
 
const 側面材質 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: 紋理圖片}); 
const 上面材質 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'}); 
const 下面材質 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'}); 
 
const 圓柱 = new THREE.Mesh(圓柱幾何體, [側面材質, 上面材質, 下面材質]);

MeshBasicMaterial 是基礎的材質，可以通過 color 來指定顏色，也可以通過 map 來指定紋理圖片 texture。

各種 Mesh 中比較特殊是文字，它用的是 TextGeometry，文字需要從一個 xxx.typeface.json 中加載。

而這種 json 文件可以用字體文件 ttf 來轉換得到。用ttf 轉 typeface.json 的這個網站來轉：

之后就可以顯示文字了:

const fontLoader = new THREE.FontLoader(); 
 
fontLoader.load('./font/xxx.typeface.json', function (font) { 
    var textGeometry = new THREE.TextGeometry('文字', 參數); 
    const textMaterial = [ 
        new THREE.MeshBasicMaterial({color: '字體顏色'}), 
        new THREE.MeshBasicMaterial({color: '側面顏色'}), 
    ]; 
 
    const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
});

這些就是我們會用到的 Three.js 基礎，簡單做個小結：

Three.js 是通過 Scene 來管理各種物體的，物體還可以分下組。
物體中常見的有 Mesh 和 Sprite 等，Sprite 是永遠面向相機的一個平面，Mesh 是由三角形構成的三維物體。Mesh 要指定幾何體Geometry 和材質 Material，常用的材質可以是顏色或者紋理貼圖。其中文字 TextGeometry 比較特殊，需要一個 typeface.json 的文件，這個可以由 ttf 轉換得到。
場景中的物體準備好之后，還需要設置下光源 Light 和相機 Camera，相機主要有從點去看的透視相機和從一個平面去投影的正交相機，之后就可以通過渲染器 Renderer 渲染出來了，結合 requestAnimationFrame 來一幀幀的渲染。

基礎學完之后，正式開始畫蛋糕了。

畫 3D 蛋糕

蛋糕其實就是由 4 個圓柱體加上文字構成的，每個圓柱體都設置了不同的位置，圓柱體的側面和上下面都貼上不同的貼圖，就是一個蛋糕。

我們先準備蛋糕的貼圖：

使用紋理加載器 TextureLoader 去加載他們：

const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png'); 
 
const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png'); 
 
const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`); 
 
const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png');

然后構成紋理貼圖的材質：

const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1}); 
 
const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2}); 
 
const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3}); 
 
const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4});

除了紋理貼圖的材質外，再準備個顏色構成的材質：

const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'});

然后創建 4 個圓柱體的物體(Mesh)，使用不同的貼圖材質和顏色材質：

const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
 
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]);

圓柱體的幾何體 CylinderBufferGeometry 的參數分別是上面圓的半徑，下面圓的半徑，高度，側面的分割次數。

上面圓半徑保持一致，這樣才是圓柱體。側面分割次數設置為 40，這樣比較圓滑。

之后還設置下位移，然后就可以加到蛋糕分組里了。

我們用同樣的方式創建四個圓柱體，設置不同的大小和位置，貼不同的圖：

const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart1.translateY(45) 
 
const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40); 
const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart2.translateY(-25) 
 
const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40); 
const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart3.translateY(-90) 
 
const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40); 
const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]); 
cakePart4.translateY(-120) 
 
cake.add(cakePart1) 
cake.add(cakePart2) 
cake.add(cakePart3) 
cake.add(cakePart4)

如果對坐標位置拿不準，可以在 Scene 中加上一個坐標的輔助工具 AxisHelper。參數是坐標軸長度。

const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500); 
 
scene.add(axisHelper);

然后是文字的部分，這個要先通過字體文件 ttf 轉成 typeface.json 的文件，然后用 fontLoader 來加載，之后創建相應的 Mesh：

fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) { 
    var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', { 
        font: font, 
        size: 30, 
        height: 5, 
        bevelEnabled: true, 
        bevelSize: 10, 
    }); 
    const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color})); 
 
    const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
    text.translateY(90) 
    text.translateX(-45) 
 
    cake.add(text);  
});

TextGeometry 需要設置的參數有字體大小 size，厚度 height，以及邊緣是否是曲面 bevelEnabled，和曲面的大小 bevelSize。

我們這里的效果是需要開啟曲面的。

4 個圓柱體畫完了，文字也畫完了，那蛋糕就算是畫完了，之后設置下光源、相機，就可以用 Renderer 渲染了。

光源使用環境光，因為要均勻的照射：

const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC); 
 
scene.add(light);

相機使用正交相機，因為不需要近大遠小的透視效果：

const width = window.innerWidth; 
const height = window.innerHeight; 
//窗口寬高比 
const k = width / height; 
//三維場景顯示范圍的高度 
const s = 200; 
 
const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000); 
 
camera.position.set(0, 100, 500) 
camera.lookAt(scene.position);

正交相機的參數分別是左右上下遠近的三維視野范圍，我們指定高度為 200，然后根據窗口的寬高比算出寬度。遠近可以設置一個比較大的范圍。

之后就可以用 Renderer 來渲染了。把渲染出的 canvas 的 dom 掛載到 body 上。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
renderer.setSize(width, height); 
//設置背景顏色 
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1); 
document.body.appendChild(renderer.domElement); 
 
function render() {         
    renderer.render(scene, camera); 
 
    cake.rotation.y += 0.005; 
 
    requestAnimationFrame(render) 
} 
render()

在每幀 render 之前，還做了個圍繞 y 軸的自動旋轉。

還要支持手動的旋轉，這個直接使用 Three.js 的軌道控制器 OrbitControls 就行。

const controls = new THREE.OrbitControls(camera);

參數是相機，因為這種視野的改變就是通過改變相機位置和朝向來實現的。

創建了 Scene 中的蛋糕的每一部分，設置好了光源、相機，用渲染器做了一幀幀的渲染，并且添加了用鼠標來改變視角的軌道控制器之后，就完成了 3D 蛋糕的制作。

我們來看下效果：

代碼地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

全部代碼：

<!DOCTYPE html> 
<html lang="en"> 
<head> 
    <meta charset="UTF-8"> 
    <title>生日蛋糕</title> 
    <style> 
        body { 
            margin: 0; 
            overflow: hidden; 
        } 
    </style> 
    <script src="./js/three.js"></script> 
    <script src="./js/OrbitControls.js"></script> 
</head> 
<body> 
<script> 
    const width = window.innerWidth; 
    const height = window.innerHeight; 
    //窗口寬高比 
    const k = width / height; 
    //三維場景顯示范圍的寬度 
    const s = 200; 
 
    const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000); 
 
    const fontLoader = new THREE.FontLoader(); 
 
    const scene = new THREE.Scene(); 
 
    const cake = new THREE.Group(); 
 
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
 
    function create() { 
        renderer.setSize(width, height); 
        //設置背景顏色 
        renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1); 
        document.body.appendChild(renderer.domElement); 
 
        camera.position.set(0, 100, 500) 
        camera.lookAt(scene.position); 
 
        const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC); 
        scene.add(light); 
 
        const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500); 
        scene.add(axisHelper); 
 
        const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png'); 
        const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png'); 
        const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`); 
        const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png'); 
 
        const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1}); 
        const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2}); 
        const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3}); 
        const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4});  
 
        const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'}); 
 
        const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
        const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart1.translateY(45) 
  
        const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40); 
        const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart2.translateY(-25) 
 
        const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40); 
        const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart3.translateY(-90) 
 
        const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40); 
        const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]); 
        cakePart4.translateY(-120) 
 
        cake.add(cakePart1) 
        cake.add(cakePart2) 
        cake.add(cakePart3) 
        cake.add(cakePart4) 
 
        fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) { 
            var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', { 
                font: font, 
                size: 30, 
                height: 5, 
                bevelEnabled: true, 
                bevelSize: 10, 
            }); 
            const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color})); 
 
            const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
            text.translateY(90) 
            text.translateX(-45) 
            cake.add(text);  
        }); 
 
        scene.add(cake); 
    } 
 
 
    function render() {         
        renderer.render(scene, camera); 
 
        cake.rotation.y += 0.005; 
 
        requestAnimationFrame(render) 
    } 
 
    create() 
    render() 
 
    const controls = new THREE.OrbitControls(camera); 
</script> 
</body> 
</html>

總結

本文我們用 Three.js 來實現了 3D 蛋糕的效果。

首先我們學習了下 Three.js 的基礎：通過 Scene 來管理物體，物體可以分組，物體包括 Mesh、Sprite 等，Mesh 是三角形構成的 3D 物體，要分別指定幾何體 Geometry 和材質 Material。材質可以是紋理(Texture)貼圖、也可以是顏色。其中文字的 Mesh 需要做 ttf 到 typeface.json 的轉換，加載這個 json 才能顯示文字。

物體創建完了之后，還要設置相機、燈光等，然后通過渲染器來一幀幀的渲染。

調試的時候還可以添加 AxisHelper 坐標系輔助工具來輔助開發。

然后我們實現了 3D 蛋糕：

通過 4 個圓柱體 + 文字來畫的，圓柱體用了不同的紋理貼圖材質，設置了不同的位置，然后組成蛋糕的 group。

設置了環境光，使用了正交相機，還啟用了軌道控制器 OrbitControls，來實現鼠標拖拽改變相機位置，進而改變視野角度的效果。

下個他(她)的生日，不妨試試用 Three.js 畫個蛋糕送給他(她)，或許會有不一樣的收獲哦。

責任編輯：武曉燕來源：神光的編程秘籍

.js 3D 幾何體

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Three.js 相關基礎

畫 3D 蛋糕

總結