教你如何用Three.js创造一个三维太阳系

小咪咪 2022-09-02 04:04 148阅读 0赞

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![5bb41fd5256443ad75e2a87d27dd06ce.png][]

## 前言 ##

笔者认为Three.js是一个伟大的框架，为什么这样说，因为它可以让我们轻易创造三维世界，甚至好像笔者写这遍教程，可以创造一个太阳系，在这个三维世界里你就是创世主。哈哈！好像说得有点夸！！

三维太阳系完整效果:https://shinewen189.github.io/nigo-vue-planet/

## 了解一些基本天文知识 ##

学习创造这个三维太阳系之前先了解一下基本的天文知识：太阳系有“八大行星”，按照离太阳的距离从近到远，它们依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反。而天王星则是在轨道上“横滚”的。例如地球自转一天是23.9小时，公转一年有365.2天 ，而相邻的火星自转一天是24.6小时 公转一年则有687天，其他行星也有不同的公转和自转信息，有了这些信息就可以定义一些基本规则

![5a2b7a393ccaf629c195b54e097d86bf.png][] image.png

## 了解Three框架 ##

Three的一些基本概念我在用最简单方式打造Three.js 3D汽车展示厅\[2\]一文也粗略介绍一下，为了让同学们加深理解，笔者就相对于太阳系来比如一下

1.  场景 `Sence` 相当于太阳系，宇宙中有无数星系，比如现在说的太阳系，后续还可以增加其他星系，那不是永远都加不完的呀 o(╥﹏╥)o
2.  相机 `Carma` 相当一枚哈勃天文望远镜
3.  几何体 `Geometry` 相当于太阳和八大行星
4.  控制 `Controls` 相当”创世者“的你

有了这几个概念我们就创建一些函数一一对应

## 完整效果 ##

![2e9bea80152ec2b87c2138eb97f62a4b.gif][] 屏幕录制2021-07-12 下午2.34.26.gif

## 进入教程 ##

先引入Three 要用到的对象

import {
            Group,
            Mesh,
            MeshBasicMaterial,
            PerspectiveCamera,
            PointCloud,
            PointCloudMaterial,
            Scene,
            SphereGeometry,
            TextureLoader,
            Vector3,
            WebGLRenderer
        } from 'three'
         import {OrbitControls} from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js'
    
    复制代码

### 场景(太阳系)，相机(哈勃天文望远镜)，控制(创世主) ###

//场景
    const setScene = () => {
            scene = new Scene()
            renderer = new WebGLRenderer({
                antialias: true,
            })
            renderer.setSize(innerWidth, innerHeight)
            document.querySelector('#planet').appendChild(renderer.domElement)
        }
    //相机
    const setCamera = () => {
            camera = new PerspectiveCamera(60, innerWidth / innerHeight, 1, 100000)
            camera.position.set(0, 500, 2000)
            camera.lookAt(scene.position)
        }
    //控制    
     const setControls = () => {
            controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement)
        }        
    复制代码

### 创建一个太阳系的背景(繁星背景) ###

这个满天星效果是太阳系的背景，运用到Three的粒子系统，行星密度可自行调整

const starForge = () => {
            const starQty = 10000
            const geometry = new SphereGeometry(10000, 100, 50)
            const materialOptions = {}
            const starStuff = new PointCloudMaterial(materialOptions)
            geometry.vertices = []
            for (let i = 0; i < starQty; i++) {
                let starVertex = new Vector3()
                starVertex.x = Math.random() * 20000 - 10000
                starVertex.y = Math.random() * 20000 - 10000
                starVertex.z = Math.random() * 20000 - 10000
                geometry.vertices.push(starVertex)
            }
            const stars = new PointCloud(geometry, starStuff)
            scene.add(stars)
        }
    复制代码

效果如下图:

![4a36cec9a3cdcd9d57f07507d35913f6.png][] image.png

### 创建太阳和行星前先说说行星自转同时公转的规律 ###

![dec00fe5ac9bf8cce884b3c08fb97267.gif][] 屏幕录制2021-07-12 上午11.23.20.gif

旋转方式：实现旋转功能有三种方式

1.  旋转照相机
2.  旋转整个场景(Scene)
3.  旋转单个元素

因为我们这里每个行星的自转速度，公转速度都不一样。所以设置整体旋转并不可行，所以要给每个元素设置不同的旋转属性。

行星需要让它们围绕着太阳转，就要先给它们自身设置一个位置偏移。以水星为例：`mercury.position.x \-= 300`，而此时设置`mercury.rotation.y`属性，它就会实现自转。因为它的Y轴位置已经改变了。

当我们移动了`mercury`时，`mercuryParent`的位置是没有变的，自然它的Y轴也不会变，又因为`mercuryParent`包含了`mercury`，所以旋转`mercuryParent`时，`mercury`也会绕着初始的默认Y轴旋转。所以设置那么多组，是为了实现每颗行星不同的速度和公转的同时自转。至于设置以下代码数值就根据 行星自转一天、公转一年用多少时间来大概定义一下。

//设置公转函数
    const revolution = () => {
            mercuryParent.rotation.y += 0.015
            venusParent.rotation.y += 0.0065
            earthParent.rotation.y += 0.05
            marsParent.rotation.y += 0.03
            jupiterParent.rotation.y += 0.001
            saturnParent.rotation.y += 0.02
            uranusParent.rotation.y += 0.09
            neptuneParent.rotation.y += 0.001
        }
        //设置自转函数
        const selfRotation = () => {
            sun.rotation.y += 0.004
            mercury.rotation.y += 0.002
            venus.rotation.y += 0.005
            earth.rotation.y += 0.01
            mars.rotation.y += 0.01
            jupiter.rotation.y += 0.08
            saturn.rotation.y += 1.5
            uranus.rotation.y += 1
            neptune.rotation.y += 0.1
        }
    复制代码

### 创建太阳和八大行星 ###

创建星系用到几何球体+纹理贴图

首先介绍一下太阳如何创造，利用 `SphereGeometry`创建球体，利用`MeshBasicMaterial`添加纹理，太阳是质量是最大的，所以设置球体的时候数值是最大。下图是太阳的纹理贴图

![ae503203f1d63efa18cf9357a3bec94a.png][] sun.jpg

// 添加设置太阳
        let sun, sunParent
        const setSun = () => {
            sun = new Group()//建立一个组
            sunParent = new Group()
            scene.add(sunParent) //把组都添加到场景里
            loader.load('src/assets/universe/sun.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(500, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                sun.add(mesh)//添加到组里
                sunParent.add(sun)
            })
        }
    
    复制代码

![129be114470dac9ce1a4b746dccf5491.png][] image.png

按照离太阳最近一个接一个创建

### 创建水星 ###

水星离太阳最近，质量是所有行星中最小，所以球体数值也给一个最小的数值。下图水星纹理贴图![7ba740ec381a8e56f04097f3d3b23ece.png][]

let mercury, mercuryParent
        const setMercury = () => {
            mercury = new Group()
            mercuryParent = new Group()
            scene.add(mercuryParent)
            loader.load('src/assets/universe/mercury.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(25, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                mercury.position.x -= 600
                mercury.add(mesh)//添加到组里
                mercuryParent.add(mercury)
            })
        }
    复制代码

![2c86f66073a730a217a0e7bc1e7bddcf.png][] image.png

### 创建金星 ###

![2de587d6de678f1e8b891bec33c15bd5.png][] O(∩\_∩)O哈哈~ 应该是下图，这张才是金星行星的纹理贴图，千万不要用错哟！！

![cc10af83f7295dab83122926d08cb6a6.png][] venus.jpg

let venus, venusParent
        const setVenus = () => {
            venus = new Group()//建立一个组
            venusParent = new Group()
            scene.add(venusParent)
            loader.load('src/assets/universe/venus.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(100, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                venus.position.x -= 700
                venus.add(mesh)//添加到组里
                venusParent.add(venus)
            })
        }
    
    复制代码

![c2c03a4bae122fa8c3b156907d742091.png][] image.png

### 地球 ###

怎可以没有我们的家园呢，这么美丽的家园要好好保护它啊！！

![d80f824a0e7c08043e3e4395c240acbc.png][] earth.jpg

let earth, earthParent
        const setEarth = () => {
            earth = new Group()//建立一个组
            earthParent = new Group()
            scene.add(earthParent)
            loader.load('src/assets/universe/earth.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(100, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                earth.position.x -= 900
                earth.add(mesh)//添加到组里
                earthParent.add(earth)
            })
        }
    复制代码

![5a7047968e0aab363228b6d29da16c4c.png][] image.png

### 火星、木星、土星、天王星、海王星 ###

接下来的行星设置都是大同小异、只是公转、自转、和行星大小的设置不同。

接着对应行星的纹理贴图也一一发给大家

火星的纹理贴图

![01b88101ab015cfce9d57c142e6f5643.png][] mars.jpg

木星的纹理贴图

![ec274cdaea7886c2cb297ef6a1d67044.png][] jupiter.jpg

土星的纹理贴图

![c5ca2af687edcab4b392393081f3cba3.png][] saturn.jpg

天王星的纹理贴图

![07107aec8aa28d34712187073124c73a.png][] uranus.jpg

海王星的纹理贴图![1ebbfc66744a957672a5ef0c57870236.png][]

## 最后 ##

一个三维太阳系就创造出来啦，这个例子也是很适合刚入门three.js的同学，目的也是提高对三维的兴趣，提高自身成就感。当然在这列子上我们还可以增加一些功能，比如定位标注一些行星的信息，点击行星可以进入星球内部，利用天空盒子做一个VR全景效果，等等。另外小弟找这些行星纹理贴图也不易，特别找金星的时候????，希望大家如果喜欢这篇文章能给个赞小弟，当鼓励一下。以后小弟必定为大家创作更多好文，谢谢啦！！^\_^

![8b1650afa0a5bd56246fce0043a582ac.gif][] 屏幕录制2021-07-12 下午2.34.26.gif

## 上完整代码 ##

<template>
        <div id="planet">
    
        </div>
    </template>
    <script setup>
        import {onMounted} from 'vue'
        import {
            Group,
            Mesh,
            MeshBasicMaterial,
            PerspectiveCamera,
            PointCloud,
            PointCloudMaterial,
            Scene,
            SphereGeometry,
            TextureLoader,
            Vector3,
            WebGLRenderer
        } from 'three'
        import {OrbitControls} from 'three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js'
    
        const loader = new TextureLoader() //引入模型的loader实例
        let scene, camera, renderer, group, controls // 定义所有three实例变量
    
        // 创建场景
        const setScene = () => {
            scene = new Scene()
            renderer = new WebGLRenderer({
                antialias: true,
            })
            renderer.setSize(innerWidth, innerHeight)
            document.querySelector('#planet').appendChild(renderer.domElement)
        }
    
        // 创建相机
        const setCamera = () => {
            camera = new PerspectiveCamera(60, innerWidth / innerHeight, 1, 100000)
            camera.position.set(0, 500, 2000)
            camera.lookAt(scene.position)
        }
    
        // 设置模型控制
        const setControls = () => {
            controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement)
        }
        
        // 添加设置太阳
        let sun, sunParent
        const setSun = () => {
            sun = new Group()//建立一个组
            sunParent = new Group()
            scene.add(sunParent) //把组都添加到场景里
            loader.load('src/assets/universe/sun.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(500, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                sun.add(mesh)//添加到组里
                sunParent.add(sun)
            })
        }
    
        // 设置水星
        let mercury, mercuryParent
        const setMercury = () => {
            mercury = new Group()//建立一个组
            mercuryParent = new Group()
            scene.add(mercuryParent)
            loader.load('src/assets/universe/mercury.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(25, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                mercury.position.x -= 600
                mercury.add(mesh)//添加到组里
                mercuryParent.add(mercury)
            })
        }
    
        //设置金星
        let venus, venusParent
        const setVenus = () => {
            venus = new Group()//建立一个组
            venusParent = new Group()
            scene.add(venusParent)
            loader.load('src/assets/universe/venus.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(100, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                venus.position.x -= 700
                venus.add(mesh)//添加到组里
                venusParent.add(venus)
            })
        }
        //设置地球
        let earth, earthParent
        const setEarth = () => {
            earth = new Group()//建立一个组
            earthParent = new Group()
            scene.add(earthParent)
            loader.load('src/assets/universe/earth.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(100, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                earth.position.x -= 900
                earth.add(mesh)//添加到组里
                earthParent.add(earth)
            })
        }
    //设置火星
        let mars, marsParent
        const setMars = () => {
            mars = new Group()//建立一个组
            marsParent = new Group()
            scene.add(marsParent)
            loader.load('src/assets/universe/mars.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(85, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                mars.position.x -= 1200
                mars.add(mesh)//添加到组里
                marsParent.add(mars)
            })
        }
    
        // 设置木星
        let jupiter, jupiterParent
        const setJupiter = () => {
            jupiter = new Group()//建立一个组
            jupiterParent = new Group()
            scene.add(jupiterParent)
            loader.load('src/assets/universe/jupiter.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(150, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                jupiter.position.x -= 1500
                jupiter.add(mesh)//添加到组里
                jupiterParent.add(jupiter)
            })
        }
    
        // 设置土星
        let saturn, saturnParent
        const setSaturn = () => {
            saturn = new Group()//建立一个组
            saturnParent = new Group()
            scene.add(saturnParent)
            loader.load('src/assets/universe/saturn.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(120, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                saturn.position.x -= 1800
                saturn.add(mesh)//添加到组里
                saturnParent.add(saturn)
            })
        }
    
        //设置天王星
        let uranus, uranusParent
        const setUranus = () => {
            uranus = new Group()
            uranusParent = new Group()
            scene.add(uranusParent)
            loader.load('src/assets/universe/uranus.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(50, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                uranus.position.x -= 2100
                uranus.add(mesh)//添加到组里
                saturnParent.add(uranus)
            })
        }
    
        //设置海王星
        let neptune, neptuneParent
        const setNeptune = () => {
            neptune = new Group()
            neptuneParent = new Group()
            scene.add(neptuneParent)
            loader.load('src/assets/universe/neptune.jpg', (texture) => {
                const geometry = new SphereGeometry(50, 20, 20) //球体模型
                const material = new MeshBasicMaterial({map: texture}) //材质 将图片解构成THREE能理解的材质
                const mesh = new Mesh(geometry, material)  //网孔对象 第一个参数是几何模型(结构),第二参数是材料(外观)
                neptune.position.x -= 2300
                neptune.add(mesh)//添加到组里
                neptuneParent.add(neptune)
            })
        }
    
    //监听浏览器改变大小时重新渲染
        function onWindowResize() {
            const WIDTH = window.innerWidth,
                HEIGHT = window.innerHeight
            camera.aspect = WIDTH / HEIGHT
            camera.updateProjectionMatrix()
            renderer.setSize(WIDTH, HEIGHT)
        }
    
    //设置公转函数
        const revolution = () => {
            mercuryParent.rotation.y += 0.015
            venusParent.rotation.y += 0.0065
            earthParent.rotation.y += 0.05
            marsParent.rotation.y += 0.03
            jupiterParent.rotation.y += 0.01
            saturnParent.rotation.y += 0.02
            uranusParent.rotation.y += 0.09
            neptuneParent.rotation.y += 0.01
        }
    
        //设置自转
        const selfRotation = () => {
            sun.rotation.y += 0.004
            mercury.rotation.y += 0.002
            venus.rotation.y += 0.005
            earth.rotation.y += 0.01
            mars.rotation.y += 0.01
            jupiter.rotation.y += 0.08
            saturn.rotation.y += 1.5
            uranus.rotation.y += 1
            neptune.rotation.y += 0.1
        }
    
        // 设置太阳系背景
        const starForge = () => {
            const starQty = 10000
            const geometry = new SphereGeometry(10000, 100, 50)
            const materialOptions = {}
            const starStuff = new PointCloudMaterial(materialOptions)
            geometry.vertices = []
            for (let i = 0; i < starQty; i++) {
                let starVertex = new Vector3()
                starVertex.x = Math.random() * 20000 - 10000
                starVertex.y = Math.random() * 20000 - 10000
                starVertex.z = Math.random() * 20000 - 10000
                geometry.vertices.push(starVertex)
            }
            const stars = new PointCloud(geometry, starStuff)
            scene.add(stars)
        }
    
    
        // 循环场景 、相机、 位置更新
        const loop = () => {
            requestAnimationFrame(loop)
            revolution()
            selfRotation()
            renderer.render(scene, camera)
            camera.lookAt(scene.position)
        }
    
      //初始化所有函数
        const init = () => {
            setScene() //设置场景
            setCamera() //设置相机
            setSun() // 设置太阳
            setMercury() //设置水星
            setVenus() //设置金星
            setEarth() // 地球
            setMars() //火星
            setJupiter() // 木星
            setSaturn() // 土星
            setUranus()// 天王星
            setNeptune()//海王星
            starForge()//设置满天星背景
            setControls() //设置可旋转控制
            loop() // 循环动画
        }
    
        onMounted(init)
        window.addEventListener('resize', onWindowResize)
    
    </script>
    
    
    
    复制代码

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