three.js简单实现类似七圣召唤的掷骰子

1基本工作

笔者利用业余时间自学了three.js。为了更好的了解WebGL以及更熟练的使用three，想模仿原神中的小游戏“七圣召唤”中的投掷骰子效果，作为首个练习项目~~ 这是坚持写技术博客的第二周，也是首篇在掘金写的文章，人生路远，仍需远行。

为了方便直接用vite创建了vue项目
npm下载three.js和cannon-es，最重要的两个库~

1.1 创建场景

直接贴代码~

/**
* 创建场景对象Scene
 */
const scene = new THREE.Scene();
/**
 * 创建网格模型
 */
const geometry = new THREE.BoxGeometry(, 300, 5); //创建一个立方体几何对象Geometry
const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
  color:x845EC2,
  antialias: true,
  alpha: true
}); //材质对象Material
const desk = new THREE.Mesh(geometry, material); //网格模型对象Mesh
desk.receiveShadow = true;
desk.rotateX(Math.PI *.5)
scene.add(desk); //网格模型添加到场景中
//聚光灯
const light = new THREE.SpotLight(xffffff);
light.position.set(, 220, 100); //光源位置
light.castShadow = true;
light.shadow.mapSize.width =;
light.shadow.mapSize.height =;
scene.add(light); //点光源添加到场景中
//环境光
const ambient = new THREE.AmbientLight(x666666);
scene.add(ambient);
// 相机设置
const width = window.innerWidth; //窗口宽度
const height = window.innerHeight; //窗口高度
const k = width / height; //窗口宽高比
const s =; //三维场景显示范围控制系数，系数越大，显示的范围越大
//创建相机对象
const camera = new THREE.OrthographicCamera(-s * k, s * k, s, -s,, 1000);
camera.position.set(, 200, 450); //设置相机位置
camera.lookAt(scene.position); //设置相机方向(指向的场景对象)
/**
 * 创建渲染器对象
 */
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.type = THREE.PCFSoftShadowMap;
renderer.setSize(width, height);//设置渲染区域尺寸
renderer.setClearColor(xb9d3ff, 1); //设置背景颜色
document.getElementById("app").appendChild(renderer.domElement) //插入canvas对象
//执行渲染操作   指定场景、相机作为参数
function render() {
  renderer.render(scene, camera);
}
render();

1.2 创建物理世界

const world = new CANNON.World();
world.gravity.set(, -9.82, 0);
world.allowSleep = true;
const floorBody = new CANNON.Body({
  mass:,
  shape: new CANNON.Plane(),
  position: new CANNON.Vec(0, 3, 0),
})
// 由于平面初始化是是竖立着的，所以需要将其旋转至跟现实中的地板一样 横着
// 在cannon.js中，我们只能使用四元数(Quaternion)来旋转，可以通过setFromAxisAngle(…)方法，第一个参数是旋转轴，第二个参数是角度
floorBody.quaternion.setFromAxisAngle(new CANNON.Vec(-1, 0, 0), Math.PI * 0.5)
world.addBody(floorBody)
const fixedTimeStep =.0 / 60.0; // seconds
const maxSubSteps =;
// loop
let lastTime;
(function animate(time) {
  requestAnimationFrame(animate);
  if (lastTime !== undefined) {
    var dt = (time - lastTime) /;
    world.step(fixedTimeStep, dt, maxSubSteps);
  }
  dice_manager.update_all();
  render();
  lastTime = time;
})();

至此基本物理世界场景就创建完成。接下来我们需要一个生成骰子的函数。

2 骰子

2.1 骰子模型

很简单，直接使用new THREE.OctahedronGeometry()，这个构造函数会返回一个八面立方体。

并且我们需要一个八面都是不同颜色的骰子。

  const rgb_arr = [
    [, 178, 74],
    [, 150, 75],
    [, 103, 208],
    [, 168, 79],
    [, 204, 238],
    [, 210, 192],
    [, 228, 241],
    [, 255, 255],
  ];
  const color_arr = [];
  rgb_arr.map((val_arr) => {
    for (let i =; i < 3; i++) {
      val_arr.map((val) => {
        color_arr.push(val /);
      });
    }
  });
  const color = new FloatArray(color_arr);
  geometry.attributes.color = new THREE.BufferAttribute(color,);
  const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
    vertexColors: true, 
    side: THREE.DoubleSide,
  });
  const polyhedron_mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);

THREE.BufferAttribute接收的rbg的值为0~1，所以还需要将原始的rbg值除以255。
将vertexColors设为true，表示以顶点数据为准。

好像相差有点大。。不过我们还是得到了一个八面的骰子（没有高清的元素图标贴图，只能勉强看看~）

2.2 骰子物理

根据上面弄好的骰子模型生成一个骰子的物理模型。

const create_dice_shape = (mesh) => {
  let geometry = new THREE.BufferGeometry();
  geometry.setAttribute("position", mesh.geometry.getAttribute("position"));
  geometry = mergeVertices(geometry);
  const position = geometry.attributes.position.array;
  const index = geometry.index.array;
  const vertices = [];
  // 转换成cannon需要的顶点和面
  for (let i =, len = position.length; i < len; i += 3) {
    vertices.push(
      new CANNON.Vec(position[i], position[i + 1], position[i + 2])
    );
  }
  const faces = [];
  for (let i =, len = index.length; i < len; i += 3) {
    faces.push([index[i], index[i +], index[i + 2]]);
  }
  // 生成cannon凸多面体
  return new CANNON.ConvexPolyhedron({ vertices, faces });
};

有了ConvexPolyhedron我们就可以创建一个body物理模型了

const body = new CANNON.Body({
    mass:,
    shape,
  });

将渲染模型和物理模型绑定起来：

update: () => {
      mesh.position.copy(body.position);
      mesh.quaternion.copy(body.quaternion);
    },

设置body参数的函数，来让我们可以投掷骰子：

init_body: (position) => {
      body.position = position;
      // 设置加速度和向下的速度
      body.angularVelocity.set(Math.random(), Math.random(), Math.random());
      body.velocity.set(, -80, 0);
      body.sleepState =; //将sleepState设为0 不然重置后不会运动
    },

fine~相当不错

2.3 判断骰子的顶面

关于如何判断骰子的顶面，翻遍了谷歌和百度，始终没有好结果。

发一下牢骚，在互联网上搜索的几乎全是不相关的内容。要么就是一众的采集站，要么一样的帖子大伙们反复转载反复写，甚至还有拿开源项目卖钱的。让我体会了什么叫“知识库污染”。

既然没有现成的方案，那就只能自己想咯。我们知道three有个Group类，他用于将多个模型组合成一个组一起运动。由此想到两个相对可行的方案：（有没有大佬分享更好的办法啊~

方案一

骰子每个面弄成多个mesh组合成一个THREE.Group()，在骰子停止时获取所有骰子的位置，THREE.Raycaster()在每个骰子的上面生成射线并朝向骰子，此时相交的第一个模型就是骰子的顶面。

缺点： 太复杂，物理模型不好弄，pass掉~

方案二

骰子还是那个骰子，但是在每个面上创建一个不可见的模型，并用THREE.Group()绑定到一块儿，随着骰子一起运动，停下时，获取每个骰子y轴最大的定位点，也就是最高的那个，便是骰子的顶面。

缺点： 没想到，但应该比方案一好。

具体实现

首先创建一个函数，它用于在骰子相应的地方创建一个不可见的模型。

const create_basic_mesh = (position, name) => {
  const geometry = new THREE.BufferGeometry();
  const vertices = new FloatArray([0, 0, 0]);
  geometry.setAttribute("position", new THREE.BufferAttribute(vertices,));
  const mesh = new THREE.Mesh(geometry);
  [mesh.position.y, mesh.position.x, mesh.position.z] = position;
  mesh.name = name; //标记面的点数
  return mesh;
};

将其包装成一个组，其中顶点位置后的参数（grass等等）用于标记点数，代表着游戏中的七大元素以及万能元素。

// 初始化点数位置
const init_points = (mesh) => {
  const group = new THREE.Group();
  group.add(mesh);
  group.name = "dice";
  group.add(create_basic_mesh([, 5, 5], "grass"));
  group.add(create_basic_mesh([, -5, 5], "universal"));
  group.add(create_basic_mesh([, -5, -5], "water"));
  group.add(create_basic_mesh([, 5, -5], "rock"));
  group.add(create_basic_mesh([-, 5, 5], "fire"));
  group.add(create_basic_mesh([-, -5, 5], "ice"));
  group.add(create_basic_mesh([-, -5, -5], "wind"));
  group.add(create_basic_mesh([-, 5, -5], "thunder"));
  return group;
};

差不多就是这样，为了方便调试，我暂时把它渲染成了可见的。

判断顶面，只需要获取它们中最高的那一个即可

get_top: () => {
      let top_face,
        max =;
      mesh.children.map((val, index) => {
        if (index ==) return;
        val.updateMatrixWorld(); //更新模型的世界矩阵
        let worldPosition = new THREE.Vector();
        val.getWorldPosition(worldPosition); //获取模型在世界中的位置
        if (max < worldPosition.y) {
          max = worldPosition.y;
          top_face = val.name;
        }
      });
      return top_face;
    },

2.4 锁定骰子

在七圣召唤中每一次重随都能锁定骰子，被锁定的骰子会移动到旁边并且不会参与重随。

//鼠标选中模型
const choose = (event) => {
  let mouseX = event.clientX;//鼠标单击位置横坐标
  let mouseY = event.clientY;//鼠标单击位置纵坐标 
  //屏幕坐标转标准设备坐标
  const x = (mouseX / window.innerWidth) * - 1;
  const y = - (mouseY / window.innerHeight) * + 1;
  let standardVector = new THREE.Vector(x, y);//标准设备坐标
  //标准设备坐标转世界坐标
  let worldVector = standardVector.unproject(camera);
  //射线投射方向单位向量(worldVector坐标减相机位置坐标)
  let ray = worldVector.sub(camera.position).normalize();
  //创建射线投射器对象 
  let raycaster = new THREE.Raycaster(camera.position, ray);
  raycaster.camera = camera//设置一下相机
  let intersects = raycaster.intersectObjects(dice_meshs);
  //长度大于说明选中了骰子
  if (intersects.length >) {
    let dice_name = intersects[]?.object.parent.name;
    locked_dice.push(dice_name);
    dice_manager.move_dice(dice_name, new CANNON.Vec(135, 10, (-100 + locked_dice.length * 20))) //移动骰子
  }
}
addEventListener('click', choose); // 监听窗口鼠标单击事件

move_dice函数

// 移动骰子到相应位置
move_dice: (name, position) => {
      for (let i =; i < dice_arr.length; i++) {
        if (name == dice_arr[i].mesh.name) {
          dice_arr[i].body.position = position;
          break;
        }
      }
    },

重随时需要判断被锁定的骰子。

init_dice: (exclude_dices) => {
      for (let i =; i < dice_arr.length ; i++) {
        if(!exclude_dices.includes(dice_arr[i].mesh.name)){
          dice_arr[i].init_body(new CANNON.Vec(-(i % 4) * 21, 100, i * 6));
        }
      }
    },

按照惯例测试一下。