如何用threejs实现实时多边形折射

2023年6月11日上午5:17 • JavaScript

下面是关于如何用threejs实现实时多边形折射的攻略：

简介

实时多边形折射可以让我们在视觉上模拟水或者其他材料的折射现象，从而能够提高场景的逼真程度。该技术通常使用片元着色程序来实现，并且需要一些复杂的计算和优化。在threejs中，可以使用ShaderMaterial来实现这个效果。下面是一个完整的攻略：

实现过程

1. 创建多边形模型

首先，我们需要创建一个多边形模型，该模型必须是凸多边形，而且应该使用BufferGeometry来创建。这可以通过如下代码实现：

let geometry = new THREE.BufferGeometry();
let vertices = new Float32Array( [
        -1.0, -1.0,  0.0,
        1.0, -1.0,  0.0,
        0.0,  1.0,  0.0
    ] );
geometry.setAttribute( 'position', new THREE.BufferAttribute( vertices, 3 ) );

上述代码创建了一个三角形模型，其中的坐标使用了Float32Array类型的数组。我们可以通过更改数组中的值来修改模型的顶点坐标。

2. 创建场景和相机

接下来，我们需要创建一个场景和相机。这可以通过如下代码实现：

let scene = new THREE.Scene();
let camera = new THREE.PerspectiveCamera( 75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000 );
camera.position.z = 2;

上述代码创建了一个透视相机和一个空场景，并将相机的Z轴位置设置为2。

3. 创建着色器程序

接下来，我们需要创建一个着色器程序，该程序可以计算多边形的折射现象。这可以通过如下代码实现：

let vertexShader = `
    varying vec2 vUv;
    void main() {
        vUv = uv;
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    }
`;

let fragmentShader = `
    varying vec2 vUv;
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(vUv, 0.0, 1.0);
    }
`;

let material = new THREE.ShaderMaterial( {
    vertexShader: vertexShader,
    fragmentShader: fragmentShader,
    side: THREE.DoubleSide
} );

上述代码创建了一个基本的着色器程序，该程序只是将多边形的UV坐标作为颜色输出。注意，我们使用了THREE.DoubleSide来保证两侧都能输出颜色信息。

4. 创建多边形对象并应用着色器材质

接下来，我们需要创建一个多边形对象，并将上面创建的着色器程序应用到该对象中。这可以通过如下代码实现：

let mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
scene.add(mesh);

上述代码使用上面创建的BufferGeometry和ShaderMaterial来创建一个网格模型，并将该模型加入到场景中。

5. 加入回调函数来更新场景

最后，我们需要创建一个回调函数，该函数可以用来更新场景中的物体，并通过渲染器将画面渲染到屏幕上。这可以通过如下代码实现：

function animate() {
    requestAnimationFrame( animate );
    mesh.rotation.y += 0.01;
    renderer.render( scene, camera );
}
animate();

上述代码使用了一个循环函数来不断更新场景中的模型，并通过渲染器对场景进行渲染。

示例1：在多边形下方加入一个平面，来创造出“水面上的多边形”效果

我们可以将一个平面对象作为水面，放在多边形下方，并使用透明的材质来模拟水的折射效果。具体实现如下：

let planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(100, 100);
let planeMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial( { color:0x404040, transparent:true, opacity: 0.5 } );
let plane = new THREE.Mesh( planeGeometry, planeMaterial );
plane.position.y = -1;
plane.rotation.x = -Math.PI / 2;
scene.add(plane);

上述代码创建了一个平面对象并将其加入到场景中。

示例2：使用更复杂的着色器程序来实现更真实的材质折射效果

我们可以使用更复杂的着色器程序，来计算多边形与材质之间的折射现象，从而获得更真实的效果。具体实现如下：

let vertexShader = `
    varying vec3 vPosition;
    varying vec3 vNormal;
    void main() {
        vPosition = position;
        vNormal = normal;
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
    }
`;

let fragmentShader = `
    varying vec3 vPosition;
    varying vec3 vNormal;
    uniform float time;
    void main() {
        vec3 I = normalize(vPosition.xyz - cameraPosition);
        vec3 R = reflect(I, normalize(vNormal));
        float fresnelPower = 2.0;
        float fresnelTerm = 0.0;
        if (I.y > 0.0) {
            fresnelTerm = exp2(-fresnelPower * pow(length(I + R), 1.0));
        }
        vec3 reflectionColor = vec3(0.96, 0.45, 0.22);
        vec3 refractionColor = vec3(0.27, 0.41, 0.71);
        float reflectionFactor = 0.2;
        vec4 reflectionColorFinal = vec4(reflectionFactor * reflectionColor, 1.0);
        vec4 refractionColorFinal = vec4((1.0 - reflectionFactor) * refractionColor, 1.0);
        gl_FragColor = mix(reflectionColorFinal, refractionColorFinal, fresnelTerm);
    }
`;

let material = new THREE.ShaderMaterial( {
    uniforms: {
        time: { value: 0 }
    },
    vertexShader: vertexShader,
    fragmentShader: fragmentShader,
    side: THREE.DoubleSide
} );

上述代码使用了reflect()函数来计算多边形与材质之间的反射光线，并使用fresnel系数来控制反射和折射前后的颜色比例。