现如今，WebGL技术已经成为了网页开发中必不可少的一部分。而Three.js作为WebGL中较为优秀的一个库，为网页开发提供了一种极好的方式来创造3D图形场景。Three.js的使用不仅仅可以让我们的网页更加生动有趣，还可以为游戏开发、可视化数据呈现等领域提供技术支持。本文将会为大家详细介绍学习Three.js的必备教程，从入门到精通，帮助大家成为一名熟练的Three.js开发者！

一、Three.js的概述

1.1 Three.js的历史

Three.js是Mr.doob在2010年创建的一个开源3D库。Mr.doob是一位来自西班牙的开发者，现在是Google工程师员工的一员。Mr.doob公司于2010年发布了基于WebGL的3D动画演示，该演示是通过将Three.js结合使用来实现的。从那时起，Three.js就成为了一个广受欢迎的WebGL库。

1.2 Three.js的用途

Three.js可以用于在Web浏览器中创建多种类型的3D图形场景、交互式环境、动画和游戏等。Three.js包含了丰富的3D图形处理功能，以及很多有用的封装库。使用Three.js，可以快速地创建3D场景，通过使用WebGL的底层功能，我们可以创建各种有趣的3D应用程序。

二、Three.js入门教程

2.1 环境的搭建

在使用Three.js之前，我们必须先了解一下如何用它。以下是Three.js软件的环境搭建步骤:

1. 在开发计算机上下载安装一个文本编辑器。例如，您可以使用Sublime Text或Atom。

2. 下载Three.js文件。您可以从官方网站上下载最新版本的Three.js。 或者，您也可以将其存储在您的服务器上，以便可以在您的网站上使用它。 这要分别安装最新稳定版本和最新开发版本。您可以通过以下链接访问这些版本：

稳定版本：https://github.com/mrdoob/three.js/releases

开发版本：https://github.com/mrdoob/three.js

3. 在您的HTML文件中添加 ` three.min.js`文件。通过使用script标签，将它加入到您的HTML文件中。在此之前，一定要把下载最新稳定版本和最新开发版本，并存储在您服务器上的Three.js文件添加到您的项目中。例如:

```

```

2.2 创建一个简单的对象

在安装好环境后，我们可以开始使用Three.js创建一个简单的对象。下面是三个基本的操作来创建一个对象：

```

//1.创建一个场景；

var scene = new THREE.Scene();

//2.创建一个几何体；

var geometry = new THREE.Geometry();

geometry.vertices.push(

new THREE.Vector3( -125, 0, 0 ),

new THREE.Vector3( 125, 0, 0 )

);

//3.创建一个材料并将物体设置为红色；

var material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0xFF0000 });

var line = new THREE.Line( geometry, material );

//添加对象到场景中

scene.add(line);

```

最后，通过创建渲染器将场景渲染到浏览器中：

```

//1.创建渲染器对象并将其添加到DOM元素中；

var renderer = new THREE.WebGLRenderer();

renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );

document.body.appendChild( renderer.domElement );

//2.渲染对象

renderer.render( scene, camera );

```

通过以上代码，我们创建了一个简单的红色线条。

2.3 相机、渲染器和光源

上面只是生成一个最基本的对象。如果我们想要一个更加真实的3D场景，我们还需要一个相机、一个渲染器和光源。

相机：

相机对于渲染3D场景是非常重要的，因为它定义了观察场景的方向和视野。相机的种类有很多种，我们这里采用透视相机的方式。下面是创建透视相机的代码：

```

var camera = new THREE.PerspectiveCamera( 45, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000 );

camera.position.set( 0, 0, 150 );

```

其中，第一个参数是视角，第二个和第三个参数分别是渲染窗口的长和宽，最后一个参数是相机远端离场景的最远距离。

渲染器：

Three.js的渲染器可以渲染场景、相机、光源的内容，并在Webgl上呈现3D效果。渲染器有两种类型：webgl渲染器和canvas渲染器。其中webgl渲染器是Three.js中的默认渲染器。下面是创建webgl渲染器的代码：

```

var renderer = new THREE.WebGLRenderer();

renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );

document.body.appendChild( renderer.domElement );

```

其中代码第一行创建了一个Three.js webgl渲染器的实例，第二行设置渲染器窗口的大小，第三行将渲染器挂载到页面DOM元素中。

光源：

光源对于权衡整个场景的亮度和色彩是至关重要的。Three.js提供了如下光源：AmbientLight（全局环境光）、PointLight（点光源）、DirectionalLight（平行光线）、SpotLight（聚光灯）和HemisphereLight（半球光）。下面是创建一个阴影的点光源：

```

var light = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 100 );

light.position.set( 0, 0, 500 );

scene.add( light );

```

其中参数1是灯光颜色，参数2是灯光强度，参数3是灯光距离。

2.4 绘制简单的图形

现在我们已经了解了如何创建一个简单的红色线，接下来我们可以涉及到更多的Three.js图形绘制。

正方形的绘制：

```

//创建一个边长为50、红色的基础材料；

var geometry = new THREE.BoxGeometry( 50, 50, 50 );

var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xff0000 } );

var cube = new THREE.Mesh( geometry, material );

scene.add( cube );

```

球体的绘制：

```

//创建一个半径为30、颜色为红色的球体

var geometry = new THREE.SphereGeometry( 30, 32, 32 );

var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xff0000 } );

var sphere = new THREE.Mesh( geometry, material );

scene.add( sphere );

```

曲面的绘制：

```

//创建一条红色的贝塞尔曲线

curve = new THREE.CubicBezierCurve3(

new THREE.Vector3( -10, 0, 0 ),

new THREE.Vector3( -5, 15, 0 ),

new THREE.Vector3( 20, 15, 0 ),

new THREE.Vector3( 10, 0, 0 )

);

var path = new THREE.Path( curve.getPoints( 100 ) );

var geometry = path.createPointsGeometry( 100 );

var material = new THREE.LineBasicMaterial( { color : 0xff0000 } );

var curveObject = new THREE.Line( geometry, material );

scene.add( curveObject );

```

绘制貌似更多如孔雀拓扑和杯体和建筑物等更多有趣的3D图形可以参考Three.js官网文档。

三、进阶教程

3.1 物体的变换

Three.js必须掌握的部分是如何使物体进行变换。在Three.js库中，有三种类型的变换，分别是平移（translate）、缩放（scale）和旋转（rotate）。下面是使用Three.js进行变换的代码：

```

//1.缩放变换

var scale = 1.5;

cube.scale.x = scale;

cube.scale.y = scale;

cube.scale.z = scale;

//2.平移变换

cube.position.x = 50;

cube.position.y = 50;

cube.position.z = 0;

//3.旋转变换

cube.rotation.x += 0.01;

cube.rotation.y += 0.01;

```

3.2 动画和几何行动

为了让物体随着时间变化而动起来，我们需要创建一个循环，并在循环中更新场景。

```

function render() {

requestAnimationFrame( render );

cube.rotation.x += 0.01;

cube.rotation.y += 0.01;

renderer.render( scene, camera );

}

render();

```

建立物理学以便更精确地描绘物体的运动非常重要。而Three.js库也提供了物理库，可以使物体更加真实地表现出它们的运动特性。Three.physics.js是Three.js的一个子库，用于在场景中实现基本的物理行为。

3.3 材料、纹理和着色器

Three.js库中有几种类型的材料，适用于不同类型的光照和纹理效果。

材料和着色器的使用:

```

var material = new THREE.ShaderMaterial({

uniforms: {

time: {

value: 1.0

},

},

vertexShader: document.getElementById('vertexShader').textContent,

fragmentShader: document.getElementById('fragmentShader').textContent

});

```

在Three.js库中，可以通过指定材料贴图等形式，对物体进行纹理处理。Three.js的纹理贴图功能非常适合用于3D游戏中。例如，以下代码将图片设置为某一个材料的基础属性：

```

var texture = new THREE.TextureLoader().load( 'images/texture.jpg' );

var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { map: texture } );

var mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );

scene.add( mesh );

```

3.4 编写模块化的代码

模块化可以使代码更加清晰易懂，而Three.js的使用也可以通过模块化来更好地组织项目。

例如：

```

//app.js

import { Cube } from './Cube.js';

var cube = new Cube(scene);

function render() {

requestAnimationFrame( render );

cube.update();

renderer.render( scene, camera );

}

render();

//cube.js

import * as THREE from 'three';

export class Cube {

constructor(scene) {

var geometry = new THREE.BoxGeometry( 50, 50, 50 );

var material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xff0000 } );

this.mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );

scene.add( this.mesh );

}

update() {

this.mesh.rotation.x += 0.01;

this.mesh.rotation.y += 0.01;

}

}

```

在这个例子中，引入了“Cube”对象，它是一个类，用来创建一个红颜色方块，并把它加到场景中。使用“update”方法来旋转方块。

四、结语

Three.js是一种优秀的3D图形库，其可以提供一种简单易懂的方式来创造3D图形场景。在本篇文章中，我们介绍了Three.js的基本概述和入门教程，还有一些进阶教程，如物体的变换、动画与几何运动、材料、纹理、着色器等等。如果您对Three.js还有疑问，建议多多参考官方网站文档，官方文档中展示了大量的Demo，您可以尝试将它们下载并运行，以便于增强您对Three.js的理解。