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：
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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。
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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。
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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。
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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。
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门框、窗框也是形状里扣个洞，用 ExtrudeGeometry 变成 3D 的。
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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。
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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？
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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。
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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。
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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。
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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);
}
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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;
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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);
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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);
}
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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。
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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);
}
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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;
}
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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 );
} );
}
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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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