【可视化学习】07-Three.js灯光与阴影 | blog-of-codesigner(顾炯洋)

灯光与阴影的关系与设置

要了解灯光与阴影的关系，我们可以通过下面这个案例来实现

简单来说，其实就几步

平行光

材质要满足能够对光照有反应
设置渲染器开启阴影的计算 renderer.shadowMap.enabled = true;
设置光照投射阴影 directionalLight.castShadow = true;
设置物体投射阴影 sphere.castShadow = true;

设置物体接收阴影 plane.receiveShadow = true;

import * as THREE from "three";
// 导入轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
import { RGBELoader } from "three/examples/jsm/loaders/RGBELoader";
// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();

// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
scene.add(camera);

// 创建小球
const sphereGeometry = new THREE.SphereBufferGeometry(1, 20, 20);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial();
const sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, material);
// 投射阴影
sphere.castShadow = true;
scene.add(sphere);

// 创建平面
const planeGeometry = new THREE.PlaneBufferGeometry(10, 10);
const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, material);
plane.position.set(0, -1, 0);
plane.rotation.x = -Math.PI / 2;
// 接收阴影
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

// 灯光
// 环境光
const light = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5); // soft white light
scene.add(light);
//直线光源
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.5);
directionalLight.position.set(5, 5, 5);
// 设置光照投射阴影
directionalLight.castShadow = true;

// 设置阴影贴图模糊度
directionalLight.shadow.radius = 20;
// 设置阴影贴图的分辨率
directionalLight.shadow.mapSize.set(4096, 4096);

// 设置平行光投射相机的属性
directionalLight.shadow.camera.near = 0.5;
directionalLight.shadow.camera.far = 500;
directionalLight.shadow.camera.top = 5;
directionalLight.shadow.camera.bottom = -5;
directionalLight.shadow.camera.left = -5;
directionalLight.shadow.camera.right = 5;

scene.add(directionalLight);


// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 开启场景中的阴影贴图
renderer.shadowMap.enabled = true;

// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 设置控制器阻尼，让控制器更有真实效果,必须在动画循环里调用.update()。
controls.enableDamping = true;

// 添加坐标轴辅助器
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper);

function render() {
  controls.update();
  renderer.render(scene, camera);
  //   渲染下一帧的时候就会调用render函数
  requestAnimationFrame(render);
}

render();

// 监听画面变化，更新渲染画面
window.addEventListener("resize", () => {
  // 更新摄像头
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  //   更新摄像机的投影矩阵
  camera.updateProjectionMatrix();
  //   更新渲染器
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  //   设置渲染器的像素比
  renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
});

聚光灯

接下来我们要实现下图的功能效果，完成聚光灯的调节,了解下聚光灯的属性阴影使用

import * as THREE from "three";
// 导入轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
// 导入dat.gui
import * as dat from "dat.gui";
// 创建gui用来调整(具体的参考前文有阐述)
const gui = new dat.GUI();
// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();

// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
scene.add(camera);

// 创建球
const sphereGeometry = new THREE.SphereBufferGeometry(1, 20, 20);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial();
const sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, material);
// 投射阴影
sphere.castShadow = true;

scene.add(sphere);

// // 创建平面
const planeGeometry = new THREE.PlaneBufferGeometry(50, 50);
const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, material);
// 平面偏移旋转
plane.position.set(0, -1, 0);
plane.rotation.x = -Math.PI / 2;
// 接收阴影
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

// 灯光
// 环境光
const light = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5); // soft white light
scene.add(light);
//直线光源
const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff, 1);
spotLight.position.set(5, 5, 5);
// 设置光照投射阴影
spotLight.castShadow = true;
// 设置光线强度
spotLight.intensity = 2;

// 设置阴影贴图模糊度
spotLight.shadow.radius = 20;
// 设置阴影贴图的分辨率
spotLight.shadow.mapSize.set(512, 512);

spotLight.target = sphere;
// angle:从聚光灯的位置以弧度表示聚光灯的最大范围。应该不超过 Math.PI/2。默认值为 Math.PI/3
// distance:如果非零，那么光强度将会从最大值当前灯光位置处按照距离线性衰减到0。 缺省值为 0.0。
// penumbra：聚光锥的半影衰减百分比。在0和1之间的值。 默认值 — 0.0。
// decay:沿着光照距离的衰减量。
spotLight.angle = Math.PI / 6;
spotLight.distance = 0;
spotLight.penumbra = 0;
spotLight.decay = 0;

// 设置透视相机的属性

scene.add(spotLight);
gui.add(sphere.position, "x").min(-5).max(5).step(0.1);
gui
  .add(spotLight, "angle")
  .min(0)
  .max(Math.PI / 2)
  .step(0.01);
gui.add(spotLight, "distance").min(0).max(10).step(0.01);
gui.add(spotLight, "penumbra").min(0).max(1).step(0.01);
gui.add(spotLight, "decay").min(0).max(5).step(0.01);

// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 开启场景中的阴影贴图
renderer.shadowMap.enabled = true;
// 开启物理计算，不然光照的decay无法生效
renderer.physicallyCorrectLights = true;

// console.log(renderer);
// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 设置控制器阻尼，让控制器更有真实效果,必须在动画循环里调用.update()。
controls.enableDamping = true;

// 添加坐标轴辅助器
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper);

function render() {
  controls.update();
  renderer.render(scene, camera);
  //   渲染下一帧的时候就会调用render函数
  requestAnimationFrame(render);
}

render();

// 监听画面变化，更新渲染画面
window.addEventListener("resize", () => {
  //   console.log("画面变化了");
  // 更新摄像头
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  //   更新摄像机的投影矩阵
  camera.updateProjectionMatrix();

  //   更新渲染器
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  //   设置渲染器的像素比
  renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
});

点光源

接下来我们要实现下图的功能效果，了解下点光源的属性阴影使用

import * as THREE from "three";
// 导入轨道控制器
import { OrbitControls } from "three/examples/jsm/controls/OrbitControls";
// 目标：点光源的属性阴影使用
// 1、创建场景
const scene = new THREE.Scene();

// 2、创建相机
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000
);

// 设置相机位置
camera.position.set(0, 0, 10);
scene.add(camera);

// 生成球
const sphereGeometry = new THREE.SphereBufferGeometry(1, 20, 20);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial();
const sphere = new THREE.Mesh(sphereGeometry, material);
// 投射阴影
sphere.castShadow = true;
scene.add(sphere);

//  创建平面
const planeGeometry = new THREE.PlaneBufferGeometry(50, 50);
const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, material);
plane.position.set(0, -1, 0);
plane.rotation.x = -Math.PI / 2;
// 接收阴影
plane.receiveShadow = true;
scene.add(plane);

// 灯光
// 环境光
const light = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5); // soft white light
scene.add(light);

// 生成点光源小球
const smallBall = new THREE.Mesh(
  new THREE.SphereBufferGeometry(0.1, 20, 20),
  new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 })
);
smallBall.position.set(2, 2, 2);
//直线光源
const pointLight = new THREE.PointLight(0xff0000, 1);
pointLight.castShadow = true;

// 设置阴影贴图模糊度
pointLight.shadow.radius = 20;
// 设置阴影贴图的分辨率
pointLight.shadow.mapSize.set(512, 512);
pointLight.decay = 0;

// 将点光源添加给小球，把小球放到场景中
smallBall.add(pointLight);
scene.add(smallBall);

// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
// 设置渲染的尺寸大小
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
// 开启场景中的阴影贴图
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.physicallyCorrectLights = true;

// 将webgl渲染的canvas内容添加到body
document.body.appendChild(renderer.domElement);


// 创建轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
// 设置控制器阻尼，让控制器更有真实效果,必须在动画循环里调用.update()。
controls.enableDamping = true;

// 添加坐标轴辅助器
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper);
// 设置时钟
const clock = new THREE.Clock();

function render() {
  // 让小球动起来，我们知道一个圆环是由一条直线扫射而成，因此，为了让光源小球绕y轴旋转，就需要设置小球的x和z轴的位置变化，而因为这个。添加y方向的变化，让小球上下运动
  let time = clock.getElapsedTime();
  smallBall.position.x = Math.sin(time) * 3;
  smallBall.position.z = Math.cos(time) * 3;
  smallBall.position.y = 2 + Math.sin(time * 10) / 2;
  controls.update();
  renderer.render(scene, camera);
  //   渲染下一帧的时候就会调用render函数
  requestAnimationFrame(render);
}

render();

// 监听画面变化，更新渲染画面
window.addEventListener("resize", () => {
  // 更新摄像头
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  //   更新摄像机的投影矩阵
  camera.updateProjectionMatrix();

  //   更新渲染器
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  //   设置渲染器的像素比
  renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
});

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灯光与阴影的关系与设置

平行光

聚光灯

点光源

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