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深入了解 Three.js 中的 CurvePath

少陵野老 2024-10-27 12:43:55

61 CurvePath 专栏

在 Three.js 中，CurvePath 是一个用于管理和组合多个曲线的类。通过 CurvePath，你可以将不同的曲线组合成一个连续的路径，从而在三维场景中创建更加复杂的轨迹、路径动画或形状。本文将详细介绍 CurvePath 的使用方法、属性和方法，并结合丰富的示例代码，展示如何在 Three.js 中使用它以及与其他组件的结合。

1. 什么是 CurvePath？

CurvePath 是 Curve 的子类，但它不仅仅表示一条曲线，而是一个曲线的组合体。通过将多个 Curve 对象添加到 CurvePath 中，我们可以生成复杂的路径，并对这些路径进行各种几何操作，比如生成路径几何体、在路径上移动物体等。

2. CurvePath 的主要方法和属性

CurvePath 提供了一些特殊的方法和属性，帮助我们更方便地组合和操作多条曲线：

add(curve): 将一条曲线添加到路径中。
getPoint(t): 获取路径在给定参数 t 处的点。t 的取值范围为 0 到 1。
getPoints(divisions): 将路径分割成 divisions 个点，返回包含所有点的数组。
getLength(): 返回路径的总长度。
closePath(): 闭合路径，使得路径的终点连接到起点。

3. 使用 CurvePath 创建路径

在实际应用中，我们可以将 LineCurve、CubicBezierCurve 等不同的曲线添加到 CurvePath 中，然后生成一个完整的路径。以下是几个示例展示如何使用 CurvePath 来创建路径。

3.1 创建简单的曲线路径

在此示例中，我们将两条不同的曲线组合成一个路径。

// 创建场景、相机和渲染器
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// 创建一个 CurvePath
const curvePath = new THREE.CurvePath();

// 创建第一条线性曲线
const lineCurve = new THREE.LineCurve(
    new THREE.Vector3(-2, 0, 0),
    new THREE.Vector3(0, 2, 0)
);
curvePath.add(lineCurve);

// 创建一条二次贝塞尔曲线
const quadraticCurve = new THREE.QuadraticBezierCurve3(
    new THREE.Vector3(0, 2, 0),
    new THREE.Vector3(1, 3, 0),
    new THREE.Vector3(2, 0, 0)
);
curvePath.add(quadraticCurve);

// 获取路径中的点
const points = curvePath.getPoints(50);

// 创建路径几何体
const geometry = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
const material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0xff0000 });
const line = new THREE.Line(geometry, material);
scene.add(line);

// 设置相机位置
camera.position.z = 5;

// 渲染循环
const animate = function () {
    requestAnimationFrame(animate);
    renderer.render(scene, camera);
};

animate();

在这个示例中，我们创建了一个 CurvePath，并将一条直线曲线和一条二次贝塞尔曲线添加到路径中。

3.2 创建闭合路径

使用 CurvePath 的 closePath() 方法可以创建一个闭合路径，使得路径的终点连接到起点。

// 创建一个闭合路径
const closedCurvePath = new THREE.CurvePath();

// 添加直线
closedCurvePath.add(new THREE.LineCurve3(
    new THREE.Vector3(-2, -2, 0),
    new THREE.Vector3(2, -2, 0)
));

// 添加二次贝塞尔曲线
closedCurvePath.add(new THREE.QuadraticBezierCurve3(
    new THREE.Vector3(2, -2, 0),
    new THREE.Vector3(3, 0, 0),
    new THREE.Vector3(2, 2, 0)
));

// 添加另一条直线
closedCurvePath.add(new THREE.LineCurve3(
    new THREE.Vector3(2, 2, 0),
    new THREE.Vector3(-2, 2, 0)
));

// 使用 closePath() 闭合路径
closedCurvePath.closePath();

// 获取闭合路径的点
const closedPoints = closedCurvePath.getPoints(50);
const closedGeometry = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(closedPoints);
const closedMaterial = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0x0000ff });
const closedLine = new THREE.Line(closedGeometry, closedMaterial);
scene.add(closedLine);

4. 在路径上移动物体

曲线路径不仅可以用于生成几何体，还可以用于控制物体的移动。以下示例展示了如何让一个球体沿着 CurvePath 路径移动。

// 创建一个小球体
const ballGeometry = new THREE.SphereGeometry(0.1, 16, 16);
const ballMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 });
const ball = new THREE.Mesh(ballGeometry, ballMaterial);
scene.add(ball);

// 动画变量
let t = 0;

// 动画函数
const animateBall = function () {
    requestAnimationFrame(animateBall);

    // 获取路径上的点
    const point = curvePath.getPoint(t);
    ball.position.copy(point);

    // 更新 t 值，实现循环
    t += 0.002;
    if (t > 1) t = 0;

    renderer.render(scene, camera);
};

animateBall();

在这个示例中，球体沿着 CurvePath 路径移动。我们通过 getPoint(t) 方法获取路径上每个位置的点，从而控制球体的位置。

5. 生成路径几何体

通过将 CurvePath 生成的路径转换为几何体，可以创建出具有曲线形状的三维物体。例如，我们可以将路径生成的几何体挤压成具有厚度的 3D 对象。

// 创建路径形状
const shape = new THREE.Shape(points);

// 使用 ExtrudeGeometry 生成 3D 对象
const extrudeSettings = {
    depth: 0.5,
    bevelEnabled: false
};
const extrudeGeometry = new THREE.ExtrudeGeometry(shape, extrudeSettings);
const extrudeMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0x00ff00 });
const extrudeMesh = new THREE.Mesh(extrudeGeometry, extrudeMaterial);
scene.add(extrudeMesh);

在这个示例中，我们使用 ExtrudeGeometry 将路径转换为一个具有深度的 3D 形状。

6. 结合其他组件的使用

CurvePath 可以与 Three.js 的其他组件（如 MeshBasicMaterial、MeshPhongMaterial 等）结合使用，创建出更加生动的场景。以下是一个结合光照效果的示例。

// 添加环境光
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.3);
scene.add(ambientLight);

// 添加方向光
const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.8);
directionalLight.position.set(5, 5, 5);
scene.add(directionalLight);

// 使用 Phong 材质
const phongMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: 0x00ff00 });
const phongMesh = new THREE.Mesh(extrudeGeometry, phongMaterial);
scene.add(phongMesh);

// 渲染循环
const animatePhong = function () {
    requestAnimationFrame(animatePhong);
    phongMesh.rotation.y += 0.01;
    renderer.render(scene, camera);
};

animatePhong();

在这个示例中，我们添加了环境光和方向光，以突出挤压对象的 3D 效果，使其更具真实感。