使用Three.js实现神奇的3D文字悬浮效果

声明：本文涉及图文和模型素材仅用于个人学习、研究和欣赏，请勿二次修改、非法传播、转载、出版、商用、及进行其他获利行为。

背景

在 Three.js Journey 课程示例中，提供了一个使用 Three.js 内置方法实现的 3D 文字悬浮效果的例子，本文使用 React + Three.js 技术栈，参照示例实现类似的效果。本文中涉及到的知识点主要包括：CSS 网格背景、MeshNormalMaterial 法向材质、FontLoader 字体加载器、TextGeometry 文本缓冲几何体、TorusBufferGeometry 圆环缓冲几何体、ConeBufferGeometry 圆锥缓冲几何体、OctahedronBufferGeometry 八面缓冲几何体、Three.js 后期渲染、GlitchPass 通道、Element.requestFullscreen、Document.exitFullscreen 等。

效果

实现效果如 banner 图所示，页面主体由位于中心的文字网格模型以及四周的圆环面、圆锥以及八面体构成。随着鼠标在页面上移动或点击，模型也随之移动。页面右上角提供了 2 个按钮，可以切换页面背景色和切换故障风格后期特效。双击屏幕可以进入或退出全屏。

在线预览：https://3d-dragonir.vercel.app/#/floating

或 https://dragonir.github.io/3d/#/floating

已适配:

PC 端
移动端

实现

资源引入

首先引入开发所需要的模块资源，其中 FontLoader 用于加载字体文件，TextGeometry 用于创建 3D 字体网格，EffectComposer、RenderPass 和 GlitchPass 用于后期特效渲染。

import * as THREE from "three";

import { FontLoader } from "three/examples/jsm/loaders/FontLoader";

import { TextGeometry } from 'three/examples/jsm/geometries/TextGeometry';

import { EffectComposer } from 'three/examples/jsm/postprocessing/EffectComposer.js';

import { RenderPass } from 'three/examples/jsm/postprocessing/RenderPass.js';

import { GlitchPass } from 'three/examples/jsm/postprocessing/GlitchPass.js';

DOM结构

页面 DOM 结构非常简单，容器 #canvas 用于场景渲染，.color_pick 用于切换页面背景颜色，.pass_button 用于切换故障风格后期渲染。

<div className='floating_page' style={{ backgroundColor: this.state.backgroundColor }}>

  <div id="canvas"></div>

  <input className='color_pick' type="color" onChange={this.handleInputChange} value={this.state.backgroundColor} />

  <button className='pass_button' onClick={this.handleRenderChange}>特效<span className='highlight'>{this.state.renderGlithPass ? '开' : '关'}</span></button>

</div>

设置状态

backgroundColor 表示当前页面背景色， renderGlithPass 表示是否开启后期状态。自测发现在 iOS Safari 浏览器中，故障风格后期渲染会导致模型产生穿模问题 ，因此使用该参数控制手机端默认关闭后期效果、pc 端默认开启。

state = {

  backgroundColor: '#164CCA',

  renderGlithPass: !(window.navigator.userAgent.toLowerCase().indexOf('mobile') > 0)

}

网格背景

使用纯 CSS 属性 linear-gradient 实现网格背景来美化页面。

background-image: linear-gradient(rgba(3, 192, 60, .3) 1px, transparent 1px), linear-gradient(90deg, rgba(3, 192, 60, .3) 1px, transparent 1px);

background-size: 1em 1em;

场景初始化

初始化渲染容器、场景、摄像机，摄像机的位置可根据自身所需调整。render 开启 alpha 并设置 .setClearAlpha(0) 可将背景色设置为透明。

canvas = document.getElementById('canvas');

renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });

renderer.setPixelRatio(Math.min(2, window.devicePixelRatio));

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

renderer.setClearAlpha(0);

canvas.appendChild(renderer.domElement);

scene = new THREE.Scene();

camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, .1, 10000);

camera.position.set(-2 * 10000, 0, 780);

创建材质

本文中所有网格模型都将使用同一种材质 MeshNormalMaterial，应用它的特性，可以使网格模型产生彩色渐变。全局创建一次，后续开发不需要重复创建，有利于页面性能提升。

const material = new THREE.MeshNormalMaterial();

MeshNormalMaterial 法向材质

是一种把法向量映射到 RGB 颜色的材质，可以通过观察模型表面渐变颜色是否连续来检测模型表面是否平整。

构造函数：

MeshNormalMaterial(parameters : Object)

parameters：可选，用于定义材质外观的对象，具有一个或多个属性。

特殊属性：

.normalMap[Texture]：用于创建法线贴图纹理，RGB 值会影响每个像素片段的曲面法线，并更改颜色照亮的方式。
.normalMapType[Integer]：法线贴图的类型，选项为 THREE.TangentSpaceNormalMap（默认）和 THREE.ObjectSpaceNormalMap。
.normalScale[Vector2]：法线贴图对材质的影响程度。范围是 0-1，默认值是 Vector2 设置为 (1, 1)。
.flatShading[Boolean]：定义材质是否使用平面着色进行渲染，默认值为 false。
.morphNormals[Boolean]：定义是否使用 morphNormals。设置为 true 可将 morphNormal 属性从 geometry 传递到 shader。默认值为 false。
.morphTargets[Boolean]：定义材质是否使用 morphTargets，默认值为 false。

创建文字模型

使用 FontLoader 加载 fontface 字体 JSON 文件，并用 TextGeometry 创建文字几何体模型。

const loader = new FontLoader();

loader.load('./fonts/helvetiker_regular.typeface.json', font => {

  textMesh.geometry = new TextGeometry('@dragonir\nfantastic\nthree.js\nart work', {

    font: font,

    size: 100,

    height: 40,

    curveSegments: 12,

    bevelEnabled: true,

    bevelThickness: 30,

    bevelSize: 8,

    bevelOffset: 1,

    bevelSegments: 12

  });

  textMesh.material = material;

  scene.add(textMesh);

});

FontLoader 字体加载器

使用 JSON 格式中加载字体的一个类，返回 Font, 返回值是表示字体的 Shape 类型的数组，其内部使用 FileLoader 来加载文件。

构造函数：

FontLoader(manager: LoadingManager)

manager：加载器所使用的 loadingManager，默认值为 THREE.DefaultLoadingManager。

方法：

.load 从 URL 中进行加载，并将被加载的 texture 传递给 onLoad。
- .load(url: String, onLoad: Function, onProgress: Function, onError: Function): null。
- url：文件的URL或者路径，也可以为 Data URI。
- onLoad：加载完成时将调用。回调参数是将要被加载的 texture。
- onProgress：将在加载过程中进行调用。参数为 XMLHttpRequest 实例，包含 total 和 loaded 字节。
- onError：加载错误时被调用。
.parse 以 JSON 格式进行解析，并返回一个 Font。
- .parse (json: Object ): Font。
- json：用于解析的 JSON 结构。

TextGeometry 文本几何体

用于将文本生成单一几何体的类，它是由一串给定的文本，以及由加载的 Font 字体和该几何体 ExtrudeGeometry 父类中的设置所组成的参数构造的。

构造函数：

TextGeometry(text: String, parameters: Object)

text：将要显示的文本。
parameters：
- font[Font]：THREE.Font 实例。
- size[Float]：字体大小，默认值为 100。
- height[Float]：挤出文本的厚度，默认值为 50。
- curveSegments[Integer]：表示文本的曲线上点的数量，默认值为 12。
- bevelEnabled[Boolean]：是否开启斜角，默认为 false。
- bevelThickness[Float]：文本斜角的深度，默认值为 20。
- bevelSize[Float]：斜角与原始文本轮廓之间的延伸距离，默认值为 8。
- bevelSegments[Integer]：斜角的分段数，默认值为 3。

可以使用facetype.js在线转换 Three.js 支持的字体。

创建几何体模型

使用其他 3种 内置几何体模型圆环、圆锥和八面体来装饰页面。装饰几何体的数量比较多，为了有效提升页面性能，需要注意以下两点：

使用 THREE.Group 管理所有几何体。
创建几何体时使用 BufferAttribute，如使用ConeBufferGeometry而不是ConeGeometry，这样可以更有效地将数据传递到 GPU。

// 批量创建模型方法

generateRandomMesh = (geometry, material, count) => {

  for (let i = 0; i < count; i++) {

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

    let dist = farDist / 3;

    let distDouble = dist * 2;

    // 设置随机的位置和旋转角度

    mesh.position.x = Math.random() * distDouble - dist;

    mesh.position.y = Math.random() * distDouble - dist;

    mesh.position.z = Math.random() * distDouble - dist;

    mesh.rotation.x = Math.random() * 2 * Math.PI;

    mesh.rotation.y = Math.random() * 2 * Math.PI;

    mesh.rotation.z = Math.random() * 2 * Math.PI;

    // 手动控制何时重新计算3D变换以获得更好的性能

    mesh.matrixAutoUpdate = false;

    mesh.updateMatrix();

    group.add(mesh);

  }

}

// 创建100个八面体

const octahedronGeometry = new THREE.OctahedronBufferGeometry(80);

generateRandomMesh(octahedronGeometry, material, 100);

// 创建200个圆环面

const torusGeometry = new THREE.TorusBufferGeometry(40, 25, 16, 40);

generateRandomMesh(torusGeometry, material, 200);

// 创建100个圆锥

const coneGeometry = new THREE.ConeBufferGeometry(40, 80, 80);

generateRandomMesh(coneGeometry, material, 100);

scene.add(group);

TorusBufferGeometry 圆环缓冲几何体

用于生成圆环几何体的类。

构造函数：

TorusBufferGeometry(radius: Float, tube: Float, radialSegments: Integer, tubularSegments: Integer, arc: Float)

radius：圆环的半径，从圆环的中心到管道横截面的中心，默认值是 1。
tube：管道的半径，默认值为 0.4。
radialSegments：圆环的分段数，默认值为 8。
tubularSegments：管道的分段数，默认值为 6。
arc：圆环的圆心角，单位是弧度，默认值为 Math.PI * 2。

ConeBufferGeometry 圆锥缓冲几何体

用于生成圆锥几何体的类。

构造函数：

ConeBufferGeometry(radius: Float, height: Float, radialSegments: Integer, heightSegments: Integer, openEnded: Boolean, thetaStart: Float, thetaLength: Float)

radius：圆锥底部的半径，默认值为 1。
height：圆锥的高度，默认值为 1。
radialSegments：圆锥侧面周围的分段数，默认为 8。
heightSegments：圆锥侧面沿着其高度的分段数，默认值为 1。
openEnded：指明该圆锥的底面是开放的还是封顶的。默认值为 false，即其底面默认是封顶的。
thetaStart：第一个分段的起始角度，默认为 0。
thetaLength：圆锥底面圆扇区的中心角，通常被称为 θ。默认值是 2*PI，使其成为一个完整的圆锥。

OctahedronBufferGeometry 八面缓冲几何体

用于创建八面体的类。

构造函数：

OctahedronBufferGeometry(radius: Float, detail: Integer)

radius：八面体的半径，默认值为 1。
detail：默认值为 0，将这个值设为一个大于 0 的数将会为它增加一些顶点，使其不再是一个八面体。

鼠标事件监听

通过对鼠标移动坐标和模型坐标的相互转换来添加鼠标移动和触摸移动事件的监听方法。

const mouseFX = {

  windowHalfX: window.innerWidth / 2,

  windowHalfY: window.innerHeight / 2,

  coordinates: (coordX, coordY) => {

    mouseX = (coordX - mouseFX.windowHalfX) * 5;

    mouseY = (coordY - mouseFX.windowHalfY) * 5;

  },

  onMouseMove: e => { mouseFX.coordinates(e.clientX, e.clientY) },

  onTouchMove: e => { mouseFX.coordinates(e.changedTouches[0].clientX, e.changedTouches[0].clientY)}

};

document.addEventListener('mousemove', mouseFX.onMouseMove, false);

document.addEventListener('touchmove', mouseFX.onTouchMove, false);

背景色切换

使用一个 input[type='color'] 标签来实现背景色切换。

handleInputChange = e => {

  this.setState({ backgroundColor: e.target.value });

}

后期渲染

为了更具有冲击感的视觉效果，我添加了一个故障风格后期渲染特效，并使用一个按钮开关 ⚙ 来控制开启和关闭该特效。

composer = new EffectComposer(renderer);

composer.addPass( new RenderPass(scene, camera));

glitchPass = new GlitchPass();

composer.addPass(glitchPass);

handleRenderChange = () => {

  this.setState({ renderGlithPass: !this.state.renderGlithPass });

}

后期渲染

Three.js 后期渲染处理，是通过叠加渲染通道达到预期视觉效果的过程。实现流程如下：

创建效果组合器：效果组合器是各种处理通道的入口，使用 EffectComposer 对象创建一个效果组合器。
添加通道：添加 RenderPass 通道它将在指定的场景和相机的基础上渲染出一个新的场景。
组合器更新：在动画循环中，调用效果组合器的 render 方法，通道生成效果将在场景中输出。

GlitchPass 故障风格通道

GlitchPass 通道产生模拟故障风格效果，它只有一个可选配置参数：

goWild 该属性接收一个布尔值，指定是否持续产生电磁风暴效果。

Three.js 提供了很多后期处理的通道，可以直接使用。同时提供了 ShaderPass 通道，它支持使用自定义 Shader，可以创建高级的自定义后期处理通道。

动画

在 requestAnimationFrame 中更新场景、相机、和后期渲染通道。

function animate() {

  requestAnimationFrame(animate);

  camera.position.x += (mouseX - camera.position.x) * 0.05;

  camera.position.y += (mouseY * -1 - camera.position.y) * 0.05;

  camera.lookAt(scene.position);

  // 给场景中的立方体网格和字体网格添加自转动画

  const t = Date.now() * 0.001;

  const rx = Math.sin(t * 0.7) * 0.5;

  const ry = Math.sin(t * 0.3) * 0.5;

  const rz = Math.sin(t * 0.2) * 0.5;

  group.rotation.x = rx;

  group.rotation.y = ry;

  group.rotation.z = rz;

  textMesh.rotation.x = rx;

  textMesh.rotation.y = ry;

  textMesh.rotation.z = rx;

  renderer.render(scene, camera);

  // 更新后期渲染通道

  composer.render();

}

缩放适配

renderer 和 composer 大小要同时调整。

window.addEventListener('resize', () => {

  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;

  camera.updateProjectionMatrix();

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

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

}, false);

双击全屏

监听页面双击 dblclick 事件，通过调用 requestFullscreen 和 exitFullscreen 进入或退出全屏状态。

window.addEventListener('dblclick', () => {

  let fullscreenElement = document.fullscreenElement || document.webkitFullscreenElement;

  if (!fullscreenElement) {

    if (canvas.requestFullscreen) {

      canvas.requestFullscreen();

    } else if (canvas.webkitRequestFullscreen) {

      canvas.webkitRequestFullscreen();

    }

    console.log('进入全屏')

  } else {

    if (document.exitFullscreen) {

      document.exitFullscreen();

    } else if (document.webkitExitFullscreen) {

      document.webkitExitFullscreen();

    }

    console.log('退出全屏')

  }

})

Element.requestFullscreen

Element.requestFullscreen 方法用于发出异步请求使元素进入全屏模式。调用此 API 并不能保证元素一定能够进入全屏模式。如果元素被允许进入全屏幕模式，返回的 Promise 会 resolve，并且该元素会收到一个 fullscreenchange 事件，通知它已经进入全屏模式。如果全屏请求被拒绝，返回的 promise 会变成 rejected 并且该元素会收到一个 fullscreenerror 事件。如果该元素已经从原来的文档中分离，那么该文档将会收到这些事件。

语法：

var Promise = Element.requestFullscreen(options);

options：可选，一个 FullscreenOptions 对象提供切换到全屏模式的控制选项。

这个方法只能在用户交互或者设备方向改变的时候调用，否则将会失败。FullscreenOptions 目前唯一的选项是 navigationUI，这控制了是否在元素处于全屏模式时显示导航条 UI。默认值是 auto，表明这将由浏览器来决定是否显示导航条。

Document.exitFullscreen

Document.exitFullscreen 方法用于让当前文档退出全屏模式。调用这个方法会让文档回退到上一个调用 Element.requestFullscreen 方法进入全屏模式之前的状态。

语法：

document.exitFullscreen();

到此，示例页面的全部功能都完成了，可访问以下链接查看完整代码。

完整代码：https://github.com/dragonir/3d/tree/master/src/containers/Floating

总结

本文知识点主要包含的的新知识：

CSS 网格背景
MeshNormalMaterial 法向材质
FontLoader 字体加载器
TextGeometry 文本缓冲几何体
TorusBufferGeometry 圆环缓冲几何体
ConeBufferGeometry 圆锥缓冲几何体
OctahedronBufferGeometry 八面缓冲几何体
Three.js 后期渲染
GlitchPass 通道
Element.requestFullscreen
Document.exitFullscreen

想了解场景初始化、光照、阴影、基础几何体、网格、材质及其他Three.js的相关知识，可阅读我往期文章。转载请注明原文地址和作者。如果觉得文章对你有帮助，不要忘了一键三连哦 。

附录

本文作者：dragonir 本文地址：https://www.cnblogs.com/dragonir/p/15983473.html