我是如何用 Three.js 在三维世界建房子的（详细教程）

原创神说要有光zxg 神光的编程秘籍

这两天用 Three.js 画了一个 3D 的房子，放了一个床进去，可以用鼠标和键盘控制移动，有种 3D 游戏的即视感。

这篇文章就来讲下实现原理。

代码地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

思路分析

我们先不着急写代码，先来分析下思路。

这样一个房子，其实也是由几个几何体堆起来的：

具体有这么些几何体：

地板就是个平面，用 PlaneGeometry（平面几何体）就可以画，贴上个纹理贴图就行。

两个侧面的墙，是一个不规则的形状，这个可以用 ExtrudeGeometry（挤压几何体），它支持用画笔画一个 2D 的路径，然后加厚变成 3D 的。

同理，后面的墙也很简单，可以是 BoxGeometry（立方体）来画，也可以是 ExtrudeGeometry（挤压结合体）先画个形状，然后变成 3D 的。

前面的墙稍微复杂些，它也是不规则的，可以用 ExtrudeGeometry（挤压几何体）来画出形状，然后变成 3D 的，只不过它多了两个洞，需要画两个洞加到形状里面去。

门框、窗框也是形状里扣个洞，用 ExtrudeGeometry 变成 3D 的。

那房顶呢？房顶也没什么特殊的，只是立方体旋转一定的角度就行，用 BoxGeometry（立方体）就可以画。

接下来，给墙和房顶、地板贴上不同的图，设置好不同的位置，就可以组装成一个房子了。

那么床呢？

Three.js 提供了很多的几何体，可以画一些简单的物体，但复杂的物体就很难画出来了，这类物体一般会用专业的 3D 建模软件来画，导出 FPX 或者 OBJ 格式的文件由 Three.js 加载并渲染出来。

我们在网上找一个床的 3D 模型，我找了一个 FBX 格式的，然后用 Three.js 的 FBXLoader 加载就行。

还剩下一个草地，这个也是一个平面，用 PlaneGeometry（平面几何体）画，只不过就是长宽比较大，看不到尽头而已。

看起来还有雾？

没错，确实设置了雾（Fog），Three.js 在场景中设置雾的效果，指定颜色和雾的远近范围就行。为了有种模糊的感觉，我就在场景中加入了雾。

全部的物体都画完了，接下来就可以在 3D 场景中漫游了，通过鼠标和键盘可以改变方向和前后左右移动，这种交互使用 FirstPersonControls（第一人称控制器）来实现。

一般我们常用的是 OrbitsControls（轨道控制器），它支持围绕物体转动相机，就像卫星一样。但我们这里不是想绕着转，而是想键盘和鼠标控制的前后左右的随意移动。

我们简单小结下：

Three.js 是在三维的坐标系中添加各种物体，组装成不同的 3D 场景。其中简单的物体可以画，复杂的物体会用建模软件画，然后加载到场景中。我们可以用不同的控制器来控制相机移动，达到不同的交互效果，比如轨道控制器、第一人称控制器等。

房子的墙、地板、房顶都可以用 BoxGeometry（立方体）、ExtrudeGeometry（挤压几何体）画出来，但是床这种复杂的就不行了，会直接加载模型文件。

通过 FistPersonControls（第一人称控制器）来控制交互，就能达到 3D 游戏的那种感觉。

思路理清了，接下来我们具体写下代码：

代码实现

先画草地，也就是一个大的平面，贴上草地的贴图。

三维的物体（Mesh）是由几何体（Geometry），加上材质（Material）构成的。我们创建平面几何体（PlaneGeometry），长和宽制定一个很大的值，比如 10000，然后加载草地的图片作为纹理（Texture)，构成材质。之后就可以创建出草地了。


function createGrass() {
    const geometry = new THREE.PlaneGeometry( 10000, 10000);

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('img/grass.jpg');
    texture.wrapS = THREE.RepeatWrapping;
    texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 100, 100 );

    const grassMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({map: texture});

    const grass = new THREE.Mesh( geometry, grassMaterial );

    grass.rotation.x = -0.5 * Math.PI;

    scene.add( grass );
}

纹理贴图要设置两个方向都重复，重复的次数是 100 次。

然后草地的平面要旋转一下。

加点雾，让天际模糊一些：

scene.fog = new THREE.Fog(0xffffff, 10, 1500);

分别指定颜色为白色，雾的远近范围为 10 到 1500。

接下来是创建房子，房子由地板、两侧的墙、前面的墙、后面的墙、门框窗框、房顶、床构成，要分别创建每一部分，我们把它们放到单独的 Group（分组）里。


const house = new THREE.Group();

function createHouse() {
    createFloor();

    const sideWall = createSideWall();
    const sideWall2 = createSideWall();
    sideWall2.position.z = 300;

    createFrontWall();
    createBackWall();

    const roof = createRoof();
    const roof2 = createRoof();
    roof2.rotation.x = Math.PI / 2;
    roof2.rotation.y = Math.PI / 4 * 0.6;
    roof2.position.y = 130;
    roof2.position.x = -50;
    roof2.position.z = 155;

    createWindow();
    createDoor();

    createBed();
}

创建地板也是平面几何体（PlaneGeometry），贴上木材的图就行，然后设置下位置：

function createFloor() {
    const geometry = new THREE.PlaneGeometry( 200, 300);

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('img/wood.jpg');
    texture.wrapS = THREE.RepeatWrapping;
    texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 2, 2 );

    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({map: texture});
    
    const floor = new THREE.Mesh( geometry, material );

    floor.rotation.x = -0.5 * Math.PI;
    floor.position.y = 1;
    floor.position.z = 150;

    house.add(floor);
}

创建侧面的墙，要用 ExtrudeGeometry（挤压几何体）来画，也就是先画出一个 2D 的形状，然后挤压成 3D。还要贴上墙的纹理贴图。

function createSideWall() {
    const shape = new THREE.Shape();
    shape.moveTo(-100, 0);
    shape.lineTo(100, 0);
    shape.lineTo(100,100);
    shape.lineTo(0,150);
    shape.lineTo(-100,100);
    shape.lineTo(-100,0);

    const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry( shape );

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('./img/wall.jpg');
    texture.wrapS = texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 0.01, 0.005 );

    var material = new THREE.MeshBasicMaterial( {map: texture} );

    const sideWall = new THREE.Mesh( extrudeGeometry, material ) ;

    house.add(sideWall);

    return sideWall;
}

两个侧墙只是位置不同，修改下 z 轴位置就行：

const sideWall = createSideWall();
const sideWall2 = createSideWall();
sideWall2.position.z = 300;

对了，如果对位置拿不准，可以在场景中加个坐标系辅助工具（AxisHelper）。

const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2000);
scene.add(axisHelper);

然后是后面的墙，这个形状简单一些，就是个矩形：

function createBackWall() {
    const shape = new THREE.Shape();
    shape.moveTo(-150, 0)
    shape.lineTo(150, 0)
    shape.lineTo(150,100)
    shape.lineTo(-150,100);

    const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry( shape ) 

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('./img/wall.jpg');
    texture.wrapS = texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 0.01, 0.005 );

    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({map: texture});

    const backWall = new THREE.Mesh( extrudeGeometry, material) ;

    backWall.position.z = 150;
    backWall.position.x = -100;
    backWall.rotation.y = Math.PI * 0.5;

    house.add(backWall);
}

接下来是前面的墙，这个除了要画出形状外，还要抠出两个洞：

function createFrontWall() {
    const shape = new THREE.Shape();
    shape.moveTo(-150, 0);
    shape.lineTo(150, 0);
    shape.lineTo(150,100);
    shape.lineTo(-150,100);
    shape.lineTo(-150,0);

    const window = new THREE.Path();
    window.moveTo(30,30)
    window.lineTo(80, 30)
    window.lineTo(80, 80)
    window.lineTo(30, 80);
    window.lineTo(30, 30);
    shape.holes.push(window);

    const door = new THREE.Path();
    door.moveTo(-30, 0)
    door.lineTo(-30, 80)
    door.lineTo(-80, 80)
    door.lineTo(-80, 0);
    door.lineTo(-30, 0);
    shape.holes.push(door);

    const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry( shape ) 

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('./img/wall.jpg');
    texture.wrapS = texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 0.01, 0.005 );

    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({map: texture} );

    const frontWall = new THREE.Mesh( extrudeGeometry, material ) ;

    frontWall.position.z = 150;
    frontWall.position.x = 100;
    frontWall.rotation.y = Math.PI * 0.5;

    house.add(frontWall);
}

只是形状上多了两个洞，画起来复杂些，其余的纹理、材质，还有位置等设置方式都一样。

门窗也是画一个形状，抠一个洞，然后加点厚度变成 3D 的：

function createWindow() {
    const shape = new THREE.Shape();
    shape.moveTo(0, 0);
    shape.lineTo(0, 50)
    shape.lineTo(50,50)
    shape.lineTo(50,0);
    shape.lineTo(0, 0);

    const hole = new THREE.Path();
    hole.moveTo(5,5)
    hole.lineTo(5, 45)
    hole.lineTo(45, 45)
    hole.lineTo(45, 5);
    hole.lineTo(5, 5);
    shape.holes.push(hole);

    const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry(shape);

    var extrudeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 'silver' });

    var window = new THREE.Mesh( extrudeGeometry, extrudeMaterial ) ;
    window.rotation.y = Math.PI / 2;
    window.position.y = 30;
    window.position.x = 100;
    window.position.z = 120;

    house.add(window);

    return window;
}

颜色设置为银白色。

门框也是一样：

function createDoor() {
    const shape = new THREE.Shape();
    shape.moveTo(0, 0);
    shape.lineTo(0, 80);
    shape.lineTo(50,80);
    shape.lineTo(50,0);
    shape.lineTo(0, 0);

    const hole = new THREE.Path();
    hole.moveTo(5,5);
    hole.lineTo(5, 75);
    hole.lineTo(45, 75);
    hole.lineTo(45, 5);
    hole.lineTo(5, 5);
    shape.holes.push(hole);

    const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry( shape );

    const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 'silver' } );

    const door = new THREE.Mesh( extrudeGeometry, material ) ;

    door.rotation.y = Math.PI / 2;
    door.position.y = 0;
    door.position.x = 100;
    door.position.z = 230;

    house.add(door);
}

接下来是房顶，就是两个立方体（BoxGeometry），做下旋转：

const roof = createRoof();

const roof2 = createRoof();
roof2.rotation.x = Math.PI / 2;
roof2.rotation.y = Math.PI / 4 * 0.6;
roof2.position.y = 130;
roof2.position.x = -50;
roof2.position.z = 155;

房顶的六个面的材质不同，一个面放瓦片的贴图，其余的面设置成灰色就行，模拟水泥的效果。其中，瓦片的纹理要做下旋转，设置下两个方向的重复次数。

function createRoof() {
    const geometry = new THREE.BoxGeometry( 120, 320, 10 );

    const texture = new THREE.TextureLoader().load('./img/tile.jpg');
    texture.wrapS = texture.wrapT = THREE.RepeatWrapping;
    texture.repeat.set( 5, 1);
    texture.rotation = Math.PI / 2;
    const textureMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture});

    const colorMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 'grey' });

    const materials = [
        colorMaterial,
        colorMaterial,
        colorMaterial,
        colorMaterial,
        colorMaterial,
        textureMaterial
    ];

    const roof = new THREE.Mesh( geometry, materials );

    house.add(roof);

    roof.rotation.x = Math.PI / 2;
    roof.rotation.y = - Math.PI / 4 * 0.6;
    roof.position.y = 130;
    roof.position.x = 50;
    roof.position.z = 155;

    return roof;
}

接下来的床就简单了，因为不用自己画，直接加载一个已有的模型就行，这种复杂的模型一般都是专业建模软件画的。

function createBed() {
    var loader = new THREE.FBXLoader();
    loader.load('./obj/bed.fbx', function ( object ) {
        object.position.x = 40;
        object.position.z = 80;
        object.position.y = 20;

        house.add( object );
    } );
}

再就是灯光设置为环境光，也就是每个方向的光照强度都一样。

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

创建相机，使用透视相机，也就是近大远小的那种透视效果：

const width = window.innerWidth;
const height = window.innerHeight;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, width / height, 0.1, 1000);

指定看的角度为 60 度，宽高比，远近范围 0.1 到 1000。

创建渲染器，并用 requestAnimationFrame 一帧帧渲染就行了：

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

接下来还要支持在 3D 场景中漫游，这个也不用自己做，Three.js 贴心的提供了很多控制器，各自有不同的交互效果，其中有个第一人称控制器（FirstPersonControls），就是玩游戏时那种交互，通过 W、S、A、D 键控制前后左右，通过鼠标控制方向。

const controls = new THREE.FirstPersonControls(camera);
controls.lookSpeed = 0.05;
controls.movementSpeed = 100;
controls.lookVertical = false;

我们指定了转换方向的速度 lookSpeed，移动的速度 movementSpeed，禁止了纵向的转动。

然后每一帧都要更新一下看到的画面，通过时钟 Clock 获取到过去了多久，然后更新下控制器。

const clock = new THREE.Clock();

function render() {
    const delta = clock.getDelta();
    controls.update(delta);

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

看下最终的效果：

全部代码上传到了 github：

代码地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

总结

本文写了 Three.js 画 3D 房子的实现原理。

Three.js 通过场景 Scene 管理各种物体，物体之间可以分组。物体由几何体（Geometry）和材质（Material）两部分构成，房子就是由立方体（BoxGeometry）、挤压几何体（ExtrudeGeometry）等各种几何体构成的，设置不同的贴图纹理，还有位置、旋转角度。

其中比较特殊的是 ExtrudeGeometry（挤压几何体），它是通过在二维平面画一个形状，然后“挤压”成三维的形式，形状中还可以扣个洞。

房子中放了一张床，这种复杂的物体用 Three.js 手画就比较难了，这种一般都是由专业建模软件，比如 blender 来画好，然后用 Three.js 加载并渲染的。

视角的改变其实就是相机位置和朝向的改变，Three.js 提供了各种控制器，比如 OrbitsControls（轨道控制器）、FirstPersonControls（第一人称控制器）等。

我们这里要的通过键盘控制前后左右，通过鼠标控制转向的交互就可以用 FirstPersonControls。

Three.js 还是挺好玩的，业务上可能主要用于可视化、游戏，但工作之余也可以用它来做些有趣的东西。

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