使用BufferGeometry

1. 序言
2. 如何使用BufferGeometry
- 2.1 创建BufferGeometry对象
- 2.2 向BufferGeometry对象添加属性
- 2.3 创建Mesh
3. BufferGeometry使用示例
- 3.1 绘制点
- 3.2 绘制线
- 3.3 绘制面
- 3.4 绘制自定义UV贴图
4. 示例代码

1. 序言

three.js 中提供了一系列绘制几何体的类，如BoxGeometry、SphereGeometry，PlaneGeometry、CircleGeometry、CylinderGeometry 等，使用这些类，可以快速创建对应的几何体，three.js同时提供了对应的 BoxBufferGeometry、SphereBufferGeometry，PlaneBufferGeometry、CircleBufferGeometry、CylinderBufferGeometry等直接使用缓存的构建几何体的 xxxBufferGeometry 类簇，这些类簇相比于 xxxGeometry 类簇，可以有效减少向 GPU 传输数据所需的开销，极大提高效率，但如果提供的这些几何都不能满足需求怎么办，这时就需要用到万能的 BufferGeometry ，通过它可以向缓存中传输几何体的顶点坐标、面索引、顶点颜色、顶点法向量、顶点UV甚至是自定义属性，使用自定义属性和着色器材质配合使用强大到无所不能

这里顺便说说ShaderMaterial-着色器材质和RawShaderMaterial-原始着色器材质，它们都支持GLSL语言编写的shader，不同之处是ShaderMaterial会把three.js内置attributes和uniforms一起传给shader，而RawShaderMaterial 不会向shader中传递任何内置属性

2. 如何使用BufferGeometry

2.1 创建BufferGeometry对象

创建BufferGeometry对象与创建其他THREE对象一样，非常简单，如下

const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();

2.2 向BufferGeometry对象添加属性

这一步其实就是初始化绘制几何体所需的顶点坐标、面索引、顶点颜色、顶点法向量、顶点UV等信息，这些属性three.js都是内置属性，属性名已定死，例如：position，color，normal，index等

这一步可向BufferGeometry对象添加任意属性，我们以position属性和index为例说明一下

添加position属性
首先通过Float32Array类创建序列化数组，示例中是每3个数构成一个点，然后使用BufferAttribute类创建于BufferGeometry对象关联的存储缓存，最后使用setAttribute方法关联缓存，示例代码如下

//初始化存放顶点信息的序列化数组
const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3
]);//设置顶点信息，第二个参数3表示三个数确定一个顶点
bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));

其他一些相关的属性color，normal等以及自定义属性的添加都可以参数以上方式

添加index属性
index 属性与其他属性添加有一些不一样，序列化数组的类型是Uint16Array，不是通过setAttribute设置属性，而是直接设置到BufferGeometry实例的index属性下，使用BufferAttribute创建缓存数据是第二个参数为1，代表一个数就是一个索引信息

const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,3, 0
]);//设置画面的索引
bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);

2.3 创建Mesh

创建mesh需要两个参数一个几何体一个材质，几何体通过上述两步创建，创建材质时，如果设置的顶点颜色属性，且需要使用自定义的也是着色，要将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色

 //创建材质const material = new THREE.MeshBasicMaterial({vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);

3. BufferGeometry使用示例

3.1 绘制点

首先创建BufferGeometry实例，然后创建存放顶信息的序列化数组，接着设置position属性，最后创建PointsMaterial材质并使用该材质创建Points对象，就可以完成点的绘制

function drawPointByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//创建点材质const material = new THREE.PointsMaterial({color: 'red',size: 2});const mesh = new THREE.Points(bufferGeom, material);scene.add(mesh);
}

绘制效果如下：

3.2 绘制线

创建BufferGeometry实例
使用 new THREE.BufferGeometry() 创建bufferGeom实例
设置position，color，index属性
position，color属性设置与之前的一样，请注意设置index属性时，index序列化数组的值为0, 1, 2, 3, 0 最终还要回到原点否则最后一条线无法绘制
创建Mesh
这里使用LineBasicMaterial创建材质，同样将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色，并使用Line创建线

function drawLineByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([1.0, 0.0, 0.0,0.0, 1.0, 0.0,0.0, 0.0, 1.0,0.0, 0.5, 0.5]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,3, 0]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);//创建材质const material = new THREE.LineBasicMaterial({vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Line(bufferGeom, material);scene.add(mesh);
}

绘制的结果如上如，会发现绘制的线和使用WebGL绘制线一样。会根据顶点颜色作插值计算

3.3 绘制面

创建BufferGeometry实例
使用 new THREE.BufferGeometry() 创建bufferGeom实例
设置position，color，index属性
position，color属性设置与之前的一样，需要注意的是设置index属性时，index序列化数组的值为0, 1, 2, 0, 2, 3 表示使用索引为0,1,2的点绘制一个三角面和使用索引为0,2,3的点绘制另一个三角面
创建Mesh
使用MeshBasicMaterial创建材质，也需要将材质的vertexColors属性设置为 THREE.VertexColors。表示使用缓存中的颜色着色，然后创建Mesh对象

function drawPlaneByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([1.0, 0.0, 0.0,0.0, 1.0, 0.0,0.0, 0.0, 1.0,0.0, 0.5, 0.5]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,0, 2, 3]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);//创建材质const material = new THREE.MeshBasicMaterial({vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);scene.add(mesh);
}

绘制结果如上图，绘制了一个梯形，颜色同样根据顶点颜色进行了线性插值

3.4 绘制自定义UV贴图

其他的步骤与绘制面一样，不同的是需要添加uv属性，添加uv属性前先来捋一下uv坐标与顶点坐标的关系

上图是uv坐标与梯形顶点坐标的关系图，只需要按这个顺添加uv属性即可，需要注意的数uv坐标是一个Vector2类型，设置的时候需要注意，创建BufferAttribute时第二个参数为2，具体实现代码如下：

function drawPlaneByBufferGeometryUV() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0, //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,0, 2, 3,4, 5, 6,4, 6, 7]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);const uvs = new Uint16Array([0, 1,1, 1,1, 0,0, 0,]);//设置UVbufferGeom.setAttribute('uv', new THREE.BufferAttribute(uvs, 2));const planetTexture = new THREE.TextureLoader().load("../assets/textures/test.png");//创建材质const material = new THREE.MeshBasicMaterial({map: planetTexture,vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);scene.add(mesh);
}

上图为代码执行结果，可以看到狗狗贴图被正确加载到梯形上了

4. 示例代码

<!DOCTYPE html><html><head><title>使用BufferGeometry</title><script type="text/javascript" src="../three/build/three.js"></script><script type="text/javascript" src="../three/examples/js/controls/OrbitControls.js"></script><script type="text/javascript" src="../three/examples/js/libs/stats.min.js"></script><style>body {margin: 0;overflow: hidden;}</style>
</head><body><div id="Stats-output"></div><div id="WebGL-output"></div><script type="text/javascript">var scene, camera, renderer, arrowLineTexture, flowingLineTexture, stats, controls, clock;function initScene() {scene = new THREE.Scene();//用一张图加载为纹理作为场景背景scene.background = new THREE.TextureLoader().load("../assets/textures/starry-deep-outer-space-galaxy.jpg");}function initCamera() {camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);camera.position.set(20, 30, 50);camera.lookAt(new THREE.Vector3(0, 0, 0));}function initLight() {//添加环境光const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x0c0c0c);scene.add(ambientLight);const directionalLight = new THREE.DirectionalLight('#fff')directionalLight.position.set(30, 30, 30).normalize()scene.add(directionalLight)//添加聚光灯const spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);spotLight.position.set(-40, 60, -10);spotLight.castShadow = true;scene.add(spotLight);}function initModel() {//drawPointByBufferGeometry();//drawLineByBufferGeometry();//drawPlaneByBufferGeometry();drawPlaneByBufferGeometryUV();initPlane();}function drawPlaneByBufferGeometryUV() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0, //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,0.5, 0.3, 0.6,]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,0, 2, 3,4, 5, 6,4, 6, 7]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);const uvs = new Uint16Array([0, 1,1, 1,1, 0,0, 0,]);//设置UVbufferGeom.setAttribute('uv', new THREE.BufferAttribute(uvs, 2));const planetTexture = new THREE.TextureLoader().load("../assets/textures/test.png");//创建材质const material = new THREE.MeshBasicMaterial({map: planetTexture,vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);scene.add(mesh);}function drawPointByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//创建点材质const material = new THREE.PointsMaterial({color: 'red',size: 2});const mesh = new THREE.Points(bufferGeom, material);scene.add(mesh);}function drawLineByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([1.0, 0.0, 0.0,0.0, 1.0, 0.0,0.0, 0.0, 1.0,0.0, 0.5, 0.5]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,3, 0]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);//创建材质const material = new THREE.LineBasicMaterial({vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Line(bufferGeom, material);scene.add(mesh);}function drawPlaneByBufferGeometry() {//创建BufferGeometry实例const bufferGeom = new THREE.BufferGeometry();//初始化存放顶点信息的序列化数组const positions = new Float32Array([-5.0, 3.0, 0.0, //point05.0, 3.0, 0.0, //point16.0, -3.0, 0.0, //point2-6.0, -3.0, 0.0 //point3]);//设置顶点信息bufferGeom.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(positions, 3));//初始化存放颜色信息的序列化数组const colors = new Float32Array([1.0, 0.0, 0.0,0.0, 1.0, 0.0,0.0, 0.0, 1.0,0.0, 0.5, 0.5]);//设置颜色信息bufferGeom.setAttribute('color', new THREE.BufferAttribute(colors, 3));const indexs = new Uint16Array([0, 1, 2,0, 2, 3]);//设置画面的索引bufferGeom.index = new THREE.BufferAttribute(indexs, 1);//创建材质const material = new THREE.MeshBasicMaterial({vertexColors: THREE.VertexColors, //使用缓存中的颜色side: THREE.DoubleSide});const mesh = new THREE.Mesh(bufferGeom, material);scene.add(mesh);}//创建底面function initPlane() {const planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(50, 50, 1, 1); //创建一个平面几何对象//材质const planeMaterial = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x080631,transparent: true,opacity: 0.8});const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial);//设置平面位置plane.rotation.x = -0.5 * Math.PI;plane.position.set(0, -4, 0);//平面添加到场景中scene.add(plane);}//初始化渲染器function initRender() {renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias: true,alpha: true});renderer.setClearColor(0x111111, 1); //设置背景颜色renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);//renderer.shadowMap.enabled = true; //显示阴影document.getElementById("WebGL-output").appendChild(renderer.domElement);}//初始化轨道控制器function initControls() {clock = new THREE.Clock(); //创建THREE.Clock对象，用于计算上次调用经过的时间controls = new THREE.OrbitControls(camera, renderer.domElement);//controls.autoRotate = true; //是否自动旋转}//性能监控function initStats() {stats = new Stats();stats.setMode(0); //0: fps, 1: msdocument.getElementById("Stats-output").appendChild(stats.domElement);}function render() {const delta = clock.getDelta(); //获取自上次调用的时间差controls.update(delta); //控制器更新stats.update();requestAnimationFrame(render);renderer.render(scene, camera);}//页面初始化function init() {initScene();initCamera();initLight();initModel();initRender();initStats();initControls();render();}window.onload = init;</script>
</body></html>

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