Three.js+React使二维图片呈现3D效果

2024-04-02 19:55

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背景

逛 sketchfab 网站的时候我看到有很多二维平面转 3D 的模型例子，于是仿照他们的例子，使用 Three.js + React 技术栈，将二维漫画图片转化为三维视觉效果。本文包含的内容主要包括：THREE.Group 层级模型、MeshPhongMaterial 高光网格材质、正弦余弦函数 创建模型移动轨迹等。

效果

实现效果如下图所示：页面主要有背景图、漫画图片主体以及 Boom 爆炸背景图片构成，按住鼠标左键移动模型可以获得不同视图，让图片在视觉上有 3D 景深效果。

已适配:

PC端

移动端

在线预览：https://dragonir.github.io/3d/#/comic

实现

本文实现比较简单，和我前面几篇文章实现基本上是相同的，流程也比较简单，主要是素材准备流程比较复杂。下面看看具体实现方法。

素材制作

准备一张自己喜欢的图片作为素材原图，图片内容最好可以分成多个层级，以实现 3D 景深效果，本实例中使用的是一张漫画图片，刚好可以切分成多个层级。

在 Photoshop 中打开图片，根据自己需要的分层数量，创建若干图层，并将地图复制到每个图层上，然后根据对图层景深层级的划分，编辑每个图层，结合使用魔棒工具和套索工具删除多余的部分，然后将每个图层单独导出作为素材。我分为如上 7 个图层，外加一个边框，一共有 8 个图层。

资源引入

其中 OrbitControls 用于镜头轨道控制、TWEEN 用于镜头补间动画。

import React from 'react';
import * as THREE from "three";
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { TWEEN } from "three/examples/jsm/libs/tween.module.min.js";

场景初始化

初始化渲染容器、场景、摄像机、光源。摄像机初始位置设置为位于偏左方的 (-12, 0, 0)，以便于后面使用 TWEEN 实现翻转动画效果。

// 场景
container = document.getElementById('container');
renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
container.appendChild(renderer.domElement);
scene = new THREE.Scene();
// 添加背景图片
scene.background = new THREE.TextureLoader().load(background);
// 相机
camera = new THREE.PerspectiveCamera(60, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(-12, 0, 0);
camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));
// 直射光
light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
light.intensity = .2;
light.position.set(10, 10, 30);
light.castShadow = true;
light.shadow.mapSize.width = 512 * 12;
light.shadow.mapSize.height = 512 * 12;
light.shadow.camera.top = 100;
light.shadow.camera.bottom = - 50;
light.shadow.camera.left = - 50;
light.shadow.camera.right = 100;
scene.add(light);
// 环境光
ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xdddddd);
scene.add(ambientLight);

创建漫画主体

首先创建一个 Group，用于添加图层网格，然后遍历图层背景图片数组，在循环体中创建每个面的网格，该网格使用平面立方体 PlaneGeometry，材质使用物理材质 MeshPhysicalMaterial，对每个网格位置设置相同的x轴和y轴值和不同的z轴值以创建景深效果。最后将 Group 添加到场景 Scene 中。

var layerGroup = new THREE.Group();
let aspect = 18;
for (let i=0; i<layers.length; i++) {
  let mesh = new THREE.Mesh(new THREE.PlaneGeometry(10.41, 16), new THREE.MeshPhysicalMaterial({
    map: new THREE.TextureLoader().load(layers[i]),
    transparent: true,
    side: THREE.DoubleSide
  }));
  mesh.position.set(0, 0, i);
  mesh.scale.set(1 - (i / aspect), 1 - (i / aspect), 1 - (i / aspect));
  layerGroup.add(mesh);
  // 文字
  if (i === 5) {
    mesh.material.metalness = .6;
    mesh.material.emissive = new THREE.Color(0x55cfff);
    mesh.material.emissiveIntensity = 1.6;
    mesh.material.opacity = .9;
  }
  // 会话框
  if (i === 6) {
    mesh.scale.set(1.5, 1.5, 1.5);
    animateLayer = mesh;
  }
}
layerGroup.scale.set(1.2, 1.2, 1.2);

到这一步，实现效果如下图所示：

THREE.Group 层级模型

将具有相同主体的网格可以通过 Group 合并在一起，以便于提高运行效率。Three.js 层级模型 Group 的基类是 Object3D，它是 Three.js 中大部分对象的基类，提供了一系列的属性和方法来对三维空间中的物体进行操纵。如可以通过 .add(object) 方法来将对象进行组合，该方法将对象添加为子对象。

但最好使用 Group 来作为父对象，因为 Group 相比较Object3D 更语义化，可以使用 Group 作为点、线、网格等模型的父对象，用来构建一个层级模型。

创建Boom背景

为了加强视觉效果，我添加了一个Boom 爆炸图形平面作为背景，用鼠标移动的时候随着光线的变化，可以看到该图案有金属渐变效果，这种效果主要是通过高光材质 MeshPhongMaterial 的 specular 和 shininess 属性实现的。

const boom = new THREE.Mesh(new THREE.PlaneGeometry(36.76, 27.05), new THREE.MeshPhongMaterial({
  map: new THREE.TextureLoader().load(boomImage),
  transparent: true,
  shininess: 160,
  specular: new THREE.Color(0xff6d00),
  opacity: .7
}));
boom.scale.set(.8, .8, .8);
boom.position.set(0, 0, -3);
layerGroup.add(boom)
scene.add(layerGroup);

添加后效果：

MeshPhongMaterial 高光网格材质

MeshPhongMaterial 是一种用于具有镜面高光的光泽表面的材质。该材质使用非物理的 Blinn-Phong 模型来计算反射率。与 MeshLambertMaterial 中使用的 Lambertian 模型不同，该材质可以模拟具有镜面高光的光泽表面，如涂漆木材。

构造函数：

MeshPhongMaterial(parameters: Object)

parameters：可选，用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。材质的任何属性都可以从此处传入(包括从Material继承的任何属性)。

特殊属性：

.emissive[Color]：材质的放射光颜色，基本上是不受其他光照影响的固有颜色。默认为 黑色。
.emissiveMap[Texture]：设置发光贴图。默认值为 null。放射贴图颜色由放射颜色和强度所调节。
.emissiveIntensity[Float]：放射光强度。调节发光颜色。默认为 1。
.envMap[TextureCube]：环境贴图。默认值为 null。
.isMeshPhongMaterial[Boolean]：用于检查此类或派生类是否为 Phong 网格材质。默认值为 true。
.lightMap[Texture]：光照贴图。默认值为 null。
.lightMapIntensity[Float]：烘焙光的强度。默认值为 1。
.reflectivity[Float]：环境贴图对表面的影响程度。默认值为 1，有效范围介于 0（无反射） 和 1（完全反射） 之间。
.refractionRatio[Float]：空气的折射率除以材质的折射率。折射率不应超过 1。默认值为 0.98。
.shininess[Float]：.specular 高亮的程度，越高的值越闪亮。默认值为 30。
.skinning[Boolean]：材质是否使用蒙皮。默认值为 false。
.specular[Color]：材质的高光颜色。默认值为 0x111111 的颜色 Color。这定义了材质的光泽度和光泽的颜色。
.specularMap[Texture]：镜面反射贴图值会影响镜面高光以及环境贴图对表面的影响程度。默认值为 null。

使用 Phong 着色模型计算着色时，会计算每个像素的阴影，与 MeshLambertMaterial 使用的 Gouraud 模型相比，该模型的结果更准确，但代价是牺牲一些性能。

镜头控制、缩放适配、动画

镜头补间动画，镜头切换到正确位置。

Animations.animateCamera(camera, controls, { x: 0, y: 0, z: 20 }, { x: 0, y: 0, z: 0 }, 3600, () => { });

镜头控制，本示例中显示了模型平移以及水平垂直旋转的角度，以达到最好的预览效果。

controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.target.set(0, 0, 0);
controls.enableDamping = true;
controls.enablePan = false;
// 垂直旋转角度限制
controls.minPolarAngle = 1.2;
controls.maxPolarAngle = 1.8;
// 水平旋转角度限制
controls.minAzimuthAngle = -.6;
controls.maxAzimuthAngle = .6;

屏幕缩放适配。

window.addEventListener('resize', () => {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
}, false);

对于会话框图层网格，我给它添加了在一条光滑曲线上左右移动的动画效果，主要是通过修改它在 x 轴和 y 轴上的 position 来实现的。

function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
  controls && controls.update();
  TWEEN && TWEEN.update();
  // 会话框摆动动画
  step += 0.01;
  animateLayer.position.x = 2.4 + Math.cos(step);
  animateLayer.position.y = .4 + Math.abs(Math.sin(step));
}

正弦余弦函数创建模型移动轨迹

使用 step 变量并在函数 Math.cos() 和 Math.sin() 的帮助下，创建出一条光滑的轨迹。step+= 0.01 定义的是球的弹跳速度。

到此，本示例的完整实现都描述完毕了，大家感兴趣的话，可以动手试着把自己喜欢的图片改造成 3D 视图。拜托，使用 Three.js 这样展示图片超酷的好吗！

完整代码：https://github.com/dragonir/3d/tree/master/class="lazy" data-src/containers/Comic