three.js 07-01 之 Sprite 粒子系统

前面很长一段时间，我们讨论了 three.js 中最重要的一些概念和相关的 API。今天开始，我们来探索一下 three.js 中一直还未提到的“粒子（particle）”概念。使用粒子可以很容易地创建出很多细小的物体，可以用来模拟雨滴、雪花和火焰等。你也可以将某个单一几何体（例如圆环）渲染成一组粒子，并分别对它们进行控制。

在旧版的 three.js 中可能会有 ParticleSystem（粒子系统）、 ParticleMaterial（粒子材质）、ParticleCanvasMaterial（在画布上为粒子造型）等概念。但是在新版 three.js 中，没有那么多概念了，已经简化成了 Points（粒子系统）及 PointsMaterial（粒子材质）、Sprite（精灵）及 SpriteMaterial（精灵材质）两种粒子类型了（扩展插件实现除外）。因此，接下来的介绍将不再针对旧版的粒子系统进行讲解，感兴趣的读者可以自行研究。

我们先来看看一个超简单的粒子系统示例，核心代码如下：

/** 创建 10x10 个粒子 */
function createParticles() {
	var material = new THREE.SpriteMaterial();
	var group = new THREE.Group();
	for (var x = -5; x < 5; x++) {
		for (var y = -5; y < 5; y++) {
			particle = new THREE.Sprite(material);
			particle.position.set(x * 10, y * 10, 0);
			group.add(particle);
		}
	}
	
	group.name = "particles";
	scene.add(group);
}

这个例子中，我们使用了 Sprite 和 SpriteMaterial 两个类创建了一组 10 x 10 的了无生趣的粒子系统，大致效果如下：

在这个例子中，我们先用 THREE.SpriteMaterial 为粒子系统初始化了一个材质。由于此处未给定任何参数，因此默认为白色。然后利用 THREE.Sprite 在两个 for 循环内创建了 100 个粒子并加入到一个 THREE.Group 中，以便进行统一管理。

接下来我们分别看看这两个对象都有哪些常用属性，先看看 SpriteMaterial 的常用属性，如下表所示：

属性	描述
color	此属性指定该材质的颜色。默认为白色（0xffffff）。该材质的 map 贴图将与此颜色进行叠加
fog	此属性指定是否响应场景 scene 的 fog 雾化效果。默认值是 false
lights	此属性指出该材质是否受灯光的影响。默认值是 false
map	此属性指定该材质的纹理贴图。默认值是 null
rotation	此属性指定精灵旋转的弧度数。默认值是 0

其实 Sprite 没太多有意义的属性，我们只需要将 SprinteMaterial 当做参数传给 Sprite 的构造函数即可。下面给出完整示例，代码如下所示：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>示例 07.01 - Particles</title>
	<script src="../build/three.js"></script>
	<script src="../build/js/controls/OrbitControls.js"></script>
	<script src="../build/js/libs/stats.min.js"></script>
	<script src="../build/js/libs/dat.gui.min.js"></script>
	<script src="../jquery/jquery-3.2.1.min.js"></script>
    <style>
        body {
            /* 设置 margin 为 0，并且 overflow 为 hidden，来完成页面样式 */
            margin: 0;
            overflow: hidden;
        }
		/* 统计对象的样式 */
		#Stats-output {
			position: absolute;
			left: 0px;
			top: 0px;
		}
    </style>
</head>
<body>

<!-- 用于 WebGL 输出的 Div -->
<div id="webgl-output"></div>
<!-- 用于统计 FPS 输出的 Div -->
<div id="stats-output"></div>

<!-- 运行 Three.js 示例的 Javascript 代码 -->
<script type="text/javascript">

	var scene;
	var camera;
	var render;
	var webglRender;
	//var canvasRender;
	var controls;
	var stats;
	var guiParams;
	
	var ground;
	var particle;
	
	var ambientLight;
	var spotLight;
	var axesHelper;
	//var cameraHelper;

    $(function() {
		stats = initStats();
		scene = new THREE.Scene();
		
		webglRender = new THREE.WebGLRenderer( {antialias: true, alpha: true} ); // antialias 抗锯齿
		webglRender.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
		webglRender.setClearColor(0x0F0F0F, 1.0); // 0xeeeeee
		webglRender.shadowMap.enabled = true; // 允许阴影投射
		render = webglRender;
		
		camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.01, 2147483647); // 2147483647
		camera.position.set(0, 0, 200);
		
		var target = new THREE.Vector3(10, 0 , 0);
		controls = new THREE.OrbitControls(camera, render.domElement);
		controls.target = target;
		camera.lookAt(target);
		
		$('#webgl-output')[0].appendChild(render.domElement);
		window.addEventListener('resize', onWindowResize, false);
		
		// 加入一个坐标轴：X（橙色）、Y（绿色）、Z（蓝色）
		axesHelper = new THREE.AxesHelper(60);
		scene.add(axesHelper);
		
		ambientLight = new THREE.AmbientLight(0x0c0c0c);
		scene.add(ambientLight);
		
		spotLight = new THREE.SpotLight(0xffffff);
        spotLight.position.set(0, 260, 230);
		spotLight.shadow.mapSize.width = 5120; // 必须是 2的幂，默认值为 512
		spotLight.shadow.mapSize.height = 5120; // 必须是 2的幂，默认值为 512
        spotLight.castShadow = true;
        scene.add(spotLight);
		//cameraHelper = new THREE.CameraHelper(spotLight.shadow.camera);
		//scene.add(cameraHelper);
		
		// 创建粒子
		createParticles();
		
		/** 用来保存那些需要修改的变量 */
		guiParams = new function() {
			this.rotationSpeed = 0.01;
		}
		/** 定义 dat.GUI 对象，并绑定 guiParams 的几个属性 */
		var gui = new dat.GUI();
		gui.add(guiParams, 'rotationSpeed', 0, 0.02, 0.001);
		
		renderScene();
    });
	
	/** 渲染场景 */
	function renderScene() {
		stats.update();
		rotateMesh(); // 旋转物体
		
		requestAnimationFrame(renderScene);
		render.render(scene, camera);
	}
	
	/** 初始化 stats 统计对象 */
	function initStats() {
		stats = new Stats();
		stats.setMode(0); // 0 为监测 FPS；1 为监测渲染时间
		$('#stats-output').append(stats.domElement);
		return stats;
	}
	
	/** 当浏览器窗口大小变化时触发 */
	function onWindowResize() {
		camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
		camera.updateProjectionMatrix();
		render.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
	}
	
	/** 旋转物体 */
	var step = 0;
	function rotateMesh() {
		step += guiParams.rotationSpeed;
		scene.traverse(function(mesh) {
			if (mesh instanceof THREE.Group) {
				mesh.rotation.x = step;
				//mesh.rotation.y = step;
				//mesh.rotation.z = step;
			}
		});
	}
	
	/** 创建 10x10 个粒子 */
	function createParticles() {
		var material = new THREE.SpriteMaterial();
		var group = new THREE.Group();
		for (var x = -5; x < 5; x++) {
			for (var y = -5; y < 5; y++) {
				particle = new THREE.Sprite(material);
				particle.position.set(x * 10, y * 10, 0);
				group.add(particle);
			}
		}
		
		group.name = "particles";
		scene.remove(scene.getObjectByName(group.name));
		scene.add(group);
	}
	
</script>
</body>
</html>

未完待续····