three.js 06-04 之 TubeGeometry 高级几何体

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今天将要介绍的是 three.js 库中的 TubeGeometry 高级几何体。它将沿着一条三维样条曲线拉伸出一根管子。你可以通过顶点来定义路径，然后利用 TubeGeometry 来创建这根管子。

我们接下来的例子中，将会随机生成一些点，然后利用这些点来生成一根管道。大概思路就如下：我们首先生成一组类型为 THREE.Vector3 的顶点。然后再使用这些点创建管道之前，我们先要把这些点转换成 THREE.SplineCurve3 类型的对象。也就是需要用这些点来定义一条光滑的曲线。

此外，TubeGeometry 除了需要指定一条路径以外，还可以接收一些别的参数，常用的属性如下表所示：

属性	描述
path	必选。此属性定义一条类型为 THREE.SplineCurve 的路径，以便指定管道应当遵循的路径
tubularSegments	可选。此属性定义构建管道时沿路径方向所需的分段数。默认值是 64。一般路径越长，指定的分段数应该越多
radius	可选。此属性定义管道的半径。默认值是 1
radiusSegments	可选。此属性定义管道沿圆周方向的分段数。默认值是 8.
closed	可选。此属性定义管道的首尾是否会连接起来。默认值是 false

下面我们给出一个完整的示例，代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>示例 06.04 - TubeGeometry</title>
	<script src="../build/three.js"></script>
	<script src="../build/js/controls/OrbitControls.js"></script>
	<script src="../build/js/libs/stats.min.js"></script>
	<script src="../build/js/libs/dat.gui.min.js"></script>
	<script src="../jquery/jquery-3.2.1.min.js"></script>
    <style>
        body {
            /* 设置 margin 为 0，并且 overflow 为 hidden，来完成页面样式 */
            margin: 0;
            overflow: hidden;
        }
		/* 统计对象的样式 */
		#Stats-output {
			position: absolute;
			left: 0px;
			top: 0px;
		}
    </style>
</head>
<body>

<!-- 用于 WebGL 输出的 Div -->
<div id="webgl-output"></div>
<!-- 用于统计 FPS 输出的 Div -->
<div id="stats-output"></div>

<!-- 运行 Three.js 示例的 Javascript 代码 -->
<script type="text/javascript">

	var scene;
	var camera;
	var render;
	var webglRender;
	//var canvasRender;
	var controls;
	var stats;
	var guiParams;
	
	var ground;
	var tube;
	var spGroup;
	
	var meshMaterial;
	
	var ambientLight;
	var spotLight;
	var axesHelper;
	//var cameraHelper;

    $(function() {
		stats = initStats();
		scene = new THREE.Scene();
		
		webglRender = new THREE.WebGLRenderer( {antialias: true, alpha: true} ); // antialias 抗锯齿
		webglRender.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
		webglRender.setClearColor(0xeeeeee, 1.0);
		webglRender.shadowMap.enabled = true; // 允许阴影投射
		render = webglRender;
		
		camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.01, 1000); // 2147483647
		camera.position.set(-45.5, 68.2, 90.9);
		
		var target = new THREE.Vector3(10, 0 , 0);
		controls = new THREE.OrbitControls(camera, render.domElement);
		controls.target = target;
		camera.lookAt(target);
		
		$('#webgl-output')[0].appendChild(render.domElement);
		window.addEventListener('resize', onWindowResize, false);
		
		// 加入一个坐标轴：X（橙色）、Y（绿色）、Z（蓝色）
		axesHelper = new THREE.AxesHelper(60);
		scene.add(axesHelper);
		
		ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x0c0c0c);
		scene.add(ambientLight);
		
		spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
        spotLight.position.set(0, 60, 30);
		spotLight.shadow.mapSize.width = 5120; // 必须是 2的幂，默认值为 512
		spotLight.shadow.mapSize.height = 5120; // 必须是 2的幂，默认值为 512
        spotLight.castShadow = true;
        scene.add(spotLight);
		//cameraHelper = new THREE.CameraHelper(spotLight.shadow.camera);
		//scene.add(cameraHelper);
		
		// 加入一个地面
		var groundGeometry = new THREE.PlaneGeometry(100, 100, 4, 4);
		var groundMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x777777}); // MeshBasicMaterial 材质不能接收阴影
		ground = new THREE.Mesh(groundGeometry, groundMaterial);
		ground.rotation.set(-0.5 * Math.PI, 0, 0); // 沿着 X轴旋转-90°
		ground.receiveShadow = true;
		scene.add(ground);
		
		// 材质
        meshMaterial = [
			new THREE.MeshNormalMaterial({side: THREE.DoubleSide}),
			new THREE.MeshBasicMaterial({wireframe: true})
		];
		
		/** 用来保存那些需要修改的变量 */
		guiParams = new function() {
			this.rotationSpeed = 0.02;
			
			this.points = [];
			this.newPoints = function() {
				this.points = [];
				// 随机生成顶点
				for (var i = 0; i < guiParams.numberOfPoints; i++) {
					var randomX = -20 + Math.round(Math.random() * 50);
					var randomY = -15 + Math.round(Math.random() * 40);
					var randomZ = -20 + Math.round(Math.random() * 40);
					this.points.push(new THREE.Vector3(randomX, randomY, randomZ));
				}
				
				scene.remove(spGroup);
				spGroup = new THREE.Object3D();
				var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xff0000, transparent: false});
				// 为每个顶点设置一个红色小球体
				guiParams.points.forEach(function(point){
					var spGeom = new THREE.SphereGeometry(0.2);
					var spMesh = new THREE.Mesh(spGeom, material);
					spMesh.position.copy(point);
					spGroup.add(spMesh);
				});
				
				updateMesh();
			};
			
			this.numberOfPoints = 10;
			this.tubularSegments = 200;
			this.radius = 1.5;
			this.radiusSegments = 16;
			this.closed = false;
		}
		/** 定义 dat.GUI 对象，并绑定 guiParams 的几个属性 */
		var gui = new dat.GUI();
		gui.add(guiParams, "newPoints");
		gui.add(guiParams, "numberOfPoints", 3, 20).step(1).onChange(function(e){guiParams.newPoints()});
		gui.add(guiParams, "tubularSegments", 32, 200).step(1).onChange(function(e){updateMesh()});
		gui.add(guiParams, "radius", 0.1, 5.5).onChange(function(e){updateMesh()});
		gui.add(guiParams, "radiusSegments", 3, 64).step(1).onChange(function(e){updateMesh()});
		gui.add(guiParams, "closed").onChange(function(e){updateMesh()});
		
		guiParams.newPoints();
		
		renderScene();
    });
	
	/** 渲染场景 */
	function renderScene() {
		stats.update();
		rotateMesh(); // 旋转物体
		
		requestAnimationFrame(renderScene);
		render.render(scene, camera);
	}
	
	/** 初始化 stats 统计对象 */
	function initStats() {
		stats = new Stats();
		stats.setMode(0); // 0 为监测 FPS；1 为监测渲染时间
		$('#stats-output').append(stats.domElement);
		return stats;
	}
	
	/** 当浏览器窗口大小变化时触发 */
	function onWindowResize() {
		camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
		camera.updateProjectionMatrix();
		render.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
	}
	
	/** 旋转物体 */
	var step = 0;
	function rotateMesh() {
		step += guiParams.rotationSpeed;
		scene.traverse(function(mesh) {
			if (mesh === spGroup) {
				//mesh.rotation.x = step;
				mesh.rotation.y = step;
				//mesh.rotation.z = step;
			}
		});
	}
	
	function updateMesh() {
		scene.remove(spGroup);
		
		spGroup.remove(tube);
		// 定义 tube
		var curvePath = new THREE.CatmullRomCurve3(guiParams.points);//SplineCurve3
		var tubeGeometry = new THREE.TubeGeometry(curvePath, guiParams.tubularSegments, guiParams.radius, guiParams.radiusSegments, guiParams.closed);
		tube = new THREE.SceneUtils.createMultiMaterialObject(tubeGeometry, meshMaterial);
		tube.children[1].castShadow = true; // tube.children[0] 的材质是 MeshNormalMaterial，不能投射阴影
		spGroup.add(tube);
		spGroup.position.set(0, 20, 0);
		
		scene.add(spGroup);
	}

</script>
</body>
</html>

未完待续···