用 Three.js 画个 3D 生日蛋糕送给他（她）

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作为整天和 UI 打交道的前端工程师，是否想在他(她)生日的时候用代码送上一份惊喜呢?

不妨用 Three.js 做个 3D 的蛋糕送给 ta，既浪漫又能展现你技术的魅力。

这篇文章我们就来学习下如何用 Three.js 画一个蛋糕。

代码地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

Three.js 相关基础

Three.js 是通过场景 Scene 来管理所有的物体的，加到 Scene 的物体还可以分个组：

const scene = new THREE.Scene(); 
 
scene.add(xxx); 
 
const group = new THREE.Group(); 
 
group.add(yyy); 
 
group.add(zzz); 
 
scene.add(group); 

想要把 Scene 中的所有物体渲染出来，需要指定一个相机 camera，然后用 renderer 来渲染，如果有动画效果，要用 requestAnimationFrame 来一帧帧不断渲染。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
function render() { 
 
renderer.render(scene, camera); 
 
requestAnimationFrame(render); 
 
} 
 
render(); 

相机 camera 分为从一个点去看的透视相机 PerspectiveCamera，还有从一个面去投影的正交相机 OrthographicCamera。

透视相机的特点是近大远小，而正交的则不是，就是一个平行投影，大小不变。

三维世界还需要指定一个光源，不然是全黑的，光源种类很多，常用的有这些：

• 点光源：从一个点发射光线，就像灯泡一样
• 平行光：平行的光线
• 环境光：均匀照射每个地方
• 聚光灯：舞台聚光灯的光源

三维场景中的物体有很多种，比如永远面向相机的平面是 Sprite(我们做“漫天花雨”效果用的那个)，还有由三角形构成的物体叫做 Mesh。

Mesh 比较常用，它是由一个个三角形构成的几何体，还可以在每个面上贴图。所以，参数有两个，几何体 Geometry 和材质 Material。

比如圆柱体就是一个 Mesh，创建它的时候要指定圆柱几何体 CylinderBufferGeometry 和每个面的材质 Material。

const 圆柱几何体 = new THREE.CylinderBufferGeometry(上圆半径, 下圆半径, 高度, 侧面分段数量); 
 
const 侧面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: 纹理图片}); 
const 上面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'}); 
const 下面材质 = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'red'}); 
 
const 圆柱 = new THREE.Mesh(圆柱几何体, [侧面材质, 上面材质, 下面材质]); 

MeshBasicMaterial 是基础的材质，可以通过 color 来指定颜色，也可以通过 map 来指定纹理图片 texture。

各种 Mesh 中比较特殊是文字，它用的是 TextGeometry，文字需要从一个 xxx.typeface.json 中加载。

而这种 json 文件可以用字体文件 ttf 来转换得到。用ttf 转 typeface.json 的这个网站来转：

之后就可以显示文字了:

const fontLoader = new THREE.FontLoader(); 
 
fontLoader.load('./font/xxx.typeface.json', function (font) { 
    var textGeometry = new THREE.TextGeometry('文字', 参数); 
    const textMaterial = [ 
        new THREE.MeshBasicMaterial({color: '字体颜色'}), 
        new THREE.MeshBasicMaterial({color: '侧面颜色'}), 
    ]; 
 
    const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
}); 

这些就是我们会用到的 Three.js 基础，简单做个小结：

• Three.js 是通过 Scene 来管理各种物体的，物体还可以分下组。
• 物体中常见的有 Mesh 和 Sprite 等，Sprite 是永远面向相机的一个平面，Mesh 是由三角形构成的三维物体。Mesh 要指定几何体Geometry 和材质 Material，常用的材质可以是颜色或者纹理贴图。其中文字 TextGeometry 比较特殊，需要一个 typeface.json 的文件，这个可以由 ttf 转换得到。
• 场景中的物体准备好之后，还需要设置下光源 Light 和相机 Camera，相机主要有从点去看的透视相机和从一个平面去投影的正交相机，之后就可以通过渲染器 Renderer 渲染出来了，结合 requestAnimationFrame 来一帧帧的渲染。

基础学完之后，正式开始画蛋糕了。

画 3D 蛋糕

蛋糕其实就是由 4 个圆柱体加上文字构成的，每个圆柱体都设置了不同的位置，圆柱体的侧面和上下面都贴上不同的贴图，就是一个蛋糕。

我们先准备蛋糕的贴图：

 

使用纹理加载器 TextureLoader 去加载他们：

const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png'); 
 
const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png'); 
 
const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`); 
 
const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png'); 

然后构成纹理贴图的材质：

const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1}); 
 
const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2}); 
 
const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3}); 
 
const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4}); 

除了纹理贴图的材质外，再准备个颜色构成的材质：

const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'}); 

然后创建 4 个圆柱体的物体(Mesh)，使用不同的贴图材质和颜色材质：

const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
 
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]); 

圆柱体的几何体 CylinderBufferGeometry 的参数分别是上面圆的半径，下面圆的半径，高度，侧面的分割次数。

上面圆半径保持一致，这样才是圆柱体。侧面分割次数设置为 40，这样比较圆滑。

之后还设置下位移，然后就可以加到蛋糕分组里了。

我们用同样的方式创建四个圆柱体，设置不同的大小和位置，贴不同的图：

const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart1.translateY(45) 
 
const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40); 
const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart2.translateY(-25) 
 
const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40); 
const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
cakePart3.translateY(-90) 
 
const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40); 
const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]); 
cakePart4.translateY(-120) 
 
cake.add(cakePart1) 
cake.add(cakePart2) 
cake.add(cakePart3) 
cake.add(cakePart4) 

如果对坐标位置拿不准，可以在 Scene 中加上一个坐标的辅助工具 AxisHelper。参数是坐标轴长度。

const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500); 
 
scene.add(axisHelper); 

然后是文字的部分，这个要先通过字体文件 ttf 转成 typeface.json 的文件，然后用 fontLoader 来加载，之后创建相应的 Mesh：

fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) { 
    var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', { 
        font: font, 
        size: 30, 
        height: 5, 
        bevelEnabled: true, 
        bevelSize: 10, 
    }); 
    const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color})); 
 
    const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
    text.translateY(90) 
    text.translateX(-45) 
 
    cake.add(text);  
}); 

TextGeometry 需要设置的参数有字体大小 size，厚度 height，以及边缘是否是曲面 bevelEnabled，和曲面的大小 bevelSize。

我们这里的效果是需要开启曲面的。

4 个圆柱体画完了，文字也画完了，那蛋糕就算是画完了，之后设置下光源、相机，就可以用 Renderer 渲染了。

光源使用环境光，因为要均匀的照射：

const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC); 
 
scene.add(light); 

相机使用正交相机，因为不需要近大远小的透视效果：

const width = window.innerWidth; 
const height = window.innerHeight; 
//窗口宽高比 
const k = width / height; 
//三维场景显示范围的高度 
const s = 200; 
 
const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000); 
 
camera.position.set(0, 100, 500) 
camera.lookAt(scene.position); 

正交相机的参数分别是左右上下远近的三维视野范围，我们指定高度为 200，然后根据窗口的宽高比算出宽度。远近可以设置一个比较大的范围。

之后就可以用 Renderer 来渲染了。把渲染出的 canvas 的 dom 挂载到 body 上。

const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
renderer.setSize(width, height); 
//设置背景颜色 
renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1); 
document.body.appendChild(renderer.domElement); 
 
function render() {         
    renderer.render(scene, camera); 
 
    cake.rotation.y += 0.005; 
 
    requestAnimationFrame(render) 
} 
render() 

在每帧 render 之前，还做了个围绕 y 轴的自动旋转。

还要支持手动的旋转，这个直接使用 Three.js 的轨道控制器 OrbitControls 就行。

const controls = new THREE.OrbitControls(camera); 

参数是相机，因为这种视野的改变就是通过改变相机位置和朝向来实现的。

创建了 Scene 中的蛋糕的每一部分，设置好了光源、相机，用渲染器做了一帧帧的渲染，并且添加了用鼠标来改变视角的轨道控制器之后，就完成了 3D 蛋糕的制作。

我们来看下效果：

代码地址：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

全部代码：

<!DOCTYPE html> 
<html lang="en"> 
<head> 
    <meta charset="UTF-8"> 
    <title>生日蛋糕</title> 
    <style> 
        body { 
            margin: 0; 
            overflow: hidden; 
        } 
    </style> 
    <script src="./js/three.js"></script> 
    <script src="./js/OrbitControls.js"></script> 
</head> 
<body> 
<script> 
    const width = window.innerWidth; 
    const height = window.innerHeight; 
    //窗口宽高比 
    const k = width / height; 
    //三维场景显示范围的宽度 
    const s = 200; 
 
    const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s, 1, 1000); 
 
    const fontLoader = new THREE.FontLoader(); 
 
    const scene = new THREE.Scene(); 
 
    const cake = new THREE.Group(); 
 
    const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
 
 
    function create() { 
        renderer.setSize(width, height); 
        //设置背景颜色 
        renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1); 
        document.body.appendChild(renderer.domElement); 
 
        camera.position.set(0, 100, 500) 
        camera.lookAt(scene.position); 
 
        const light = new THREE.AmbientLight(0xCCCCCC); 
        scene.add(light); 
 
        const axisHelper = new THREE.AxisHelper(2500); 
        scene.add(axisHelper); 
 
        const cakeTexture1 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake1.png'); 
        const cakeTexture2 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake2.png'); 
        const cakeTexture3 = new THREE.TextureLoader().load(`img/cake3.png`); 
        const cakeTexture4 = new THREE.TextureLoader().load('img/cake4.png'); 
 
        const cakeMaterail1 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture1}); 
        const cakeMaterail2 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture2}); 
        const cakeMaterail3 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture3}); 
        const cakeMaterail4 = new THREE.MeshBasicMaterial({map: cakeTexture4});  
 
        const pinkMaterial = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 'pink'}); 
 
        const cakeGeometry1 = new THREE.CylinderBufferGeometry(100, 100, 70, 40); 
        const cakePart1 = new THREE.Mesh(cakeGeometry1, [cakeMaterail1, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart1.translateY(45) 
  
        const cakeGeometry2 = new THREE.CylinderBufferGeometry(120, 120, 70, 40); 
        const cakePart2 = new THREE.Mesh(cakeGeometry2,[cakeMaterail3, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart2.translateY(-25) 
 
        const cakeGeometry3 = new THREE.CylinderBufferGeometry(140, 140, 60, 40); 
        const cakePart3 = new THREE.Mesh(cakeGeometry3, [cakeMaterail2, pinkMaterial, pinkMaterial]); 
        cakePart3.translateY(-90) 
 
        const cakeGeometry4 = new THREE.CylinderBufferGeometry(160, 160, 10, 40); 
        const cakePart4 = new THREE.Mesh(cakeGeometry4, [cakeMaterail4, cakeMaterail4, cakeMaterail4]); 
        cakePart4.translateY(-120) 
 
        cake.add(cakePart1) 
        cake.add(cakePart2) 
        cake.add(cakePart3) 
        cake.add(cakePart4) 
 
        fontLoader.load('./font/guang.typeface.json', function (font) { 
            var textGeometry = new THREE.TextGeometry('光光', { 
                font: font, 
                size: 30, 
                height: 5, 
                bevelEnabled: true, 
                bevelSize: 10, 
            }); 
            const textMaterial = ['white', 'red'].map(color => new THREE.MeshBasicMaterial({color})); 
 
            const text = new THREE.Mesh(textGeometry, textMaterial); 
            text.translateY(90) 
            text.translateX(-45) 
            cake.add(text);  
        }); 
 
        scene.add(cake); 
    } 
 
 
    function render() {         
        renderer.render(scene, camera); 
 
        cake.rotation.y += 0.005; 
 
        requestAnimationFrame(render) 
    } 
 
    create() 
    render() 
 
    const controls = new THREE.OrbitControls(camera); 
</script> 
</body> 
</html> 

总结

本文我们用 Three.js 来实现了 3D 蛋糕的效果。

首先我们学习了下 Three.js 的基础：通过 Scene 来管理物体，物体可以分组，物体包括 Mesh、Sprite 等，Mesh 是三角形构成的 3D 物体，要分别指定几何体 Geometry 和材质 Material。材质可以是纹理(Texture)贴图、也可以是颜色。其中文字的 Mesh 需要做 ttf 到 typeface.json 的转换，加载这个 json 才能显示文字。

物体创建完了之后，还要设置相机、灯光等，然后通过渲染器来一帧帧的渲染。

调试的时候还可以添加 AxisHelper 坐标系辅助工具来辅助开发。

然后我们实现了 3D 蛋糕：

通过 4 个圆柱体 + 文字来画的，圆柱体用了不同的纹理贴图材质，设置了不同的位置，然后组成蛋糕的 group。

设置了环境光，使用了正交相机，还启用了轨道控制器 OrbitControls，来实现鼠标拖拽改变相机位置，进而改变视野角度的效果。 

下个他(她)的生日，不妨试试用 Three.js 画个蛋糕送给他(她)，或许会有不一样的收获哦。