Three.js源码阅读笔记(物体是如何组织的)

这是Three.js源码阅读笔记第三篇。之前两篇主要是关于核心对象的，这些核心对象主要围绕着矢量vector3对象和矩阵matrix4对象展开的，关注的是空间中的单个顶点的位置和变化。这一篇将主要讨论Three.js中的物体是如何组织的：即如何将顶点、表面、材质组合成为一个具体的对象。
Object::Mesh
该构造函数构造了一个空间中的物体。之所以叫“网格”是因为，实际上具有体积的物体基本都是建模成为“网格”的。


代码如下:

THREE.Mesh = function ( geometry, material ) {
THREE.Object3D.call( this );
this.geometry = geometry;
this.material = ( material !== undefined ) ? material : new THREE.MeshBasicMaterial( { color: Math.random() * 0xffffff, wireframe: true } );
/* 一些其他的与本节无关的内容 */
}

实际上，Mesh类只有两个属性，表示几何形体的geometry对象和表示材质的material对象。geometry对象在上一篇博文中已经介绍过，还有部分派生类会在这篇博文中介绍（通过这些派生类的构造过程，能更加清晰地了解到Mesh对象的工作原理）；matrial对象及其派生类也将在这篇笔记中介绍。Mesh对象的这两个属性相互紧密关联，geometry对象中的face数组中，每个face对象的materialIndex用来匹配material属性对象，face对象的vertexUVs数组用以依次匹配每个顶点在数组上的取值。值得注意的是，Mesh只能有一个material对象（不知这样设计的意图何在），如果需要用到多个材质，应当将材质按照materialIndex顺序初始化在geometry本身的materials属性中。
Geometry::CubeGeometry
该构造函数创建了一个立方体对象。


代码如下:

THREE.CubeGeometry = function ( width, height, depth, widthSegments, heightSegments, depthSegments ) {
THREE.Geometry.call( this );
var scope = this;
this.width = width;
this.height = height;
this.depth = depth;
var width_half = this.width / 2;
var height_half = this.height / 2;
var depth_half = this.depth / 2;
/* 略去 */
buildPlane( 'z', 'y', - 1, - 1, this.depth, this.height, width_half, 0 ); // px
/* 略去 */
function buildPlane( u, v, udir, vdir, width, height, depth, materialIndex ) {
/* 略去 */
}
this.computeCentroids();
this.mergeVertices();
};

构造函数做的最重要的事在buildPlane中。该函数最重要的事情就是对scope的操作（上面的代码块中，scope就是this），包括：调用scope.vertices.push(vector)将顶点加入geometry对象；调用scope.faces.push(face)将表面加入到geometry对象，调用scope.faceVertexUvs[i].push(uv)方法将对应于顶点的材质坐标加入geometry对象。代码的大部分都是关于生成立方体的逻辑，这些逻辑很容易理解，也很容易扩展到其他类型的geometry对象。

构造函数的参数包括长、宽、高和三个方向的分段数。所谓分段，就是说如果将widthSeqments等三个参数都设定为2的话，那么每个面将被表现成2×2=4个面，整个立方体由24个表面组成，正如同网格一样。


代码如下:

function buildPlane( u, v, udir, vdir, width, height, depth, materialIndex ) {
var w, ix, iy,
gridX = scope.widthSegments,
gridY = scope.heightSegments,
width_half = width / 2,
height_half = height / 2,
offset = scope.vertices.length;
if ( ( u === 'x' && v === 'y' ) || ( u === 'y' && v === 'x' ) ) {w = 'z';}
else if ( ( u === 'x' && v === 'z' ) || ( u === 'z' && v === 'x' ) ) {w = 'y';gridY = scope.depthSegments;} else if ( ( u === 'z' && v === 'y' ) || ( u === 'y' && v === 'z' ) ) {w = 'x';gridX = scope.depthSegments;}
var gridX1 = gridX + 1,
gridY1 = gridY + 1,
segment_width = width / gridX,
segment_height = height / gridY,
normal = new THREE.Vector3();
normal[ w ] = depth > 0 ? 1 : - 1;
for ( iy = 0; iy < gridY1; iy ++ ) {
for ( ix = 0; ix < gridX1; ix ++ ) {
var vector = new THREE.Vector3();
vector[ u ] = ( ix * segment_width - width_half ) * udir;
vector[ v ] = ( iy * segment_height - height_half ) * vdir;
vector[ w ] = depth;
scope.vertices.push( vector );
}
}
for ( iy = 0; iy < gridY; iy++ ) {
for ( ix = 0; ix < gridX; ix++ ) {
var a = ix + gridX1 * iy;
var b = ix + gridX1 * ( iy + 1 );
var c = ( ix + 1 ) + gridX1 * ( iy + 1 );
var d = ( ix + 1 ) + gridX1 * iy;
var face = new THREE.Face4( a + offset, b + offset, c + offset, d + offset );
face.normal.copy( normal );
face.vertexNormals.push( normal.clone(), normal.clone(), normal.clone(), normal.clone() );
face.materialIndex = materialIndex;
scope.faces.push( face );
scope.faceVertexUvs[ 0 ].push( [
new THREE.UV( ix / gridX, 1 - iy / gridY ),
new THREE.UV( ix / gridX, 1 - ( iy + 1 ) / gridY ),
new THREE.UV( ( ix + 1 ) / gridX, 1- ( iy + 1 ) / gridY ),
new THREE.UV( ( ix + 1 ) / gridX, 1 - iy / gridY )
] );
}
}
}

除了一个大部分对象都具有的clone()方法，CubeGeometry没有其他的方法，其他的XXXGeometry对象也大抵如此。没有方法说明该对象负责组织和存储数据，而如何利用这些数据生成三维场景和动画，则是在另外的对象中定义的。
Geometry::CylinderGeometry
顾名思义，该构造函数创建一个圆柱体（或圆台）对象。


代码如下:

THREE.CylinderGeometry = function ( radiusTop, radiusBottom, height, radiusSegments, heightSegments, openEnded ) {
/* 略 */
}

有了CubeGeometry构造函数的基础，自己也应当能够实现CylinderGeometry，我们只需要注意一下构造函数各参数的意义。radiusTop和radiusBottom表示顶部和底部的半径，height表示高度。radiusSegments定义了需要将圆周分成多少份（该数字越大，圆柱更圆），heightSegments定义了需要将整个高度分成多少份，openEnded指定是否生成顶面和底面。

源码中还有两点值得注意的：该模型的本地原点是中轴线的中点，而不是重心之类的，也就是说上圆面的高度（y轴值）是height/2，下圆面是-height/2，这一点对圆柱体来说没有差异，但对于上下半径不同的圆台体就有差异了；还有就是该模型的顶面和地面采用face3类型表面，而侧面采用face4类型表面。
Geometry::SphereGeometry
该构造函数创建一个球体。


代码如下:

THREE.SphereGeometry = function ( radius, widthSegments, heightSegments, phiStart, phiLength, thetaStart, thetaLength ){
/* 略 */
}

各参数的意义：radius指定半径，widthSegments表示“经度”分带数目，heightSegments表示“纬度”分带数目。后面四个参数是可选的，表示经度的起始值和纬度的起始值。熟悉极坐标的都了解，通常用希腊字母φ(phi)表示纬圈角度（经度），而用θ(theta)表示经圈角度（纬度）。这四个数的默认值分别为0，2π，0，π，通过改变他们的值，可以创造出残缺的球面（但是边缘必须整齐）。

源码中，除了北极和南极的极圈内的区域是用face3类型表面，其他部位都是用的face4型表面。本地原点为球心。
Geometry::PlaneGeometry
该构造函数创建一个平面。


代码如下:

THREE.PlaneGeometry = function ( width, height, widthSegments, heightSegments ){
/* 略 */
}

各参数意义：依次为宽度、高度、宽度分段数、高度分段数。想必读者对这种构造“格网”的方式应该很熟悉了吧。
源码中得到一些其他信息：平面被构造在x-y平面上，原点即矩形中心点。
Geometry::ExtrudeGeometry
该对象现在是构造一般几何形体的方法，但是通常我们是将建模好的对象存储在某种格式的文件中，并通过loader加载进来，所以似乎鲜有直接用到该函数的机会。而且这个函数看上去还是半成品，很多设定一股脑地堆在options对象里，我也没有仔细研究。
Material::Material
Material对象是所有其他种类Material的原型对象。


代码如下:

THREE.Material = function () {
THREE.MaterialLibrary.push( this );
this.id = THREE.MaterialIdCount ++;
this.name = '';
this.side = THREE.FrontSide;
this.opacity = 1;
this.transparent = false;
this.blending = THREE.NormalBlending;
this.blendSrc = THREE.SrcAlphaFactor;
this.blendDst = THREE.OneMinusSrcAlphaFactor;
this.blendEquation = THREE.AddEquation;
this.depthTest = true;
this.depthWrite = true;
this.polygonOffset = false;
this.polygonOffsetFactor = 0;
this.polygonOffsetUnits = 0;
this.alphaTest = 0;
this.overdraw = false; // Boolean for fixing antialiasing gaps in CanvasRenderer
this.visible = true;
this.needsUpdate = true;
};

先看一些较为重要的属性：
属性opacity为一个0-1区间的值，表明透明度。属性transparent指定是否使用透明，只有在该值为真的时候，才会将其与混合（透明是渲染像素时，待渲染值与已存在值共同作用计算出渲染后像素值，达到混合的效果）。

属性blending，blendSrc，blendDst，blendEquation指定了混合方式和混合源Src和混合像素已有的像元值Dst的权重指定方式。默认情况下（如构造函数中赋的缺省值），新的像元值等于：新值×alpha+旧值×(1-alpha)。

我曾困惑为何Material类中没有最重要的对象，表示纹理图片的属性。后来我理解了，其实材质和纹理还是有区别的，只能说某种材质有纹理的，但也有材质是没有纹理的。材质影响的是整个形体的渲染效果，比如：“对一根线渲染为5px宽，两端点为方块，不透明的红色”这段描述就可以认为是材质，而没有涉及任何纹理。

和众多Geometry对象一样，Material对象除了通用的clone(),dellocate()和setValues()方法，没有其他方法。以下是两种最基本的材质对象。
Material::LineBasicMaterial
该构造函数创建用于渲染线状形体的材质。


代码如下:

THREE.LineBasicMaterial = function ( parameters ) {
THREE.Material.call( this );
this.color = new THREE.Color( 0xffffff );
this.linewidth = 1;
this.linecap = 'round';
this.linejoin = 'round';
this.vertexColors = false;
this.fog = true;
this.setValues( parameters );
};

属性color和linewidth顾名思义，指线的颜色和线的宽度（线没有宽度，这里的宽度是用来渲染的）。
属性linecap和linejoin指定线条端点和连接点的样式。
属性fog指定该种材质是否收到雾的影响。
Material::MeshBasicMaterial
该构造函数创建用于渲染Mesh表面的材质。


代码如下:

THREE.MeshBasicMaterial = function ( parameters ) {
THREE.Material.call( this );
this.color = new THREE.Color( 0xffffff ); // emissive
this.map = null;
this.lightMap = null;
this.specularMap = null;
this.envMap = null;
this.combine = THREE.MultiplyOperation;
this.reflectivity = 1;
this.refractionRatio = 0.98;
this.fog = true;
this.shading = THREE.SmoothShading;
this.wireframe = false;
this.wireframeLinewidth = 1;
this.wireframeLinecap = 'round';
this.wireframeLinejoin = 'round';
this.vertexColors = THREE.NoColors;
this.skinning = false;
this.morphTargets = false;
this.setValues( parameters );
};

这里出现了最重要的纹理属性，包括map，lightMap和specularMap，他们都是texture类型的对象。
属性wireframe指定表面的边界线是否渲染，如果渲染，后面的若干以wireframe开头的属性表示如果渲染边界线，将如何渲染。
Texture::Texture
该构造函数用来创建纹理对象。


代码如下:

THREE.Texture = function ( image, mapping, wrapS, wrapT, magFilter, minFilter, format, type, anisotropy ) {
THREE.TextureLibrary.push( this );
this.id = THREE.TextureIdCount ++;
this.name = '';
this.image = image;
this.mapping = mapping !== undefined ? mapping : new THREE.UVMapping();
this.wrapS = wrapS !== undefined ? wrapS : THREE.ClampToEdgeWrapping;
this.wrapT = wrapT !== undefined ? wrapT : THREE.ClampToEdgeWrapping;
this.magFilter = magFilter !== undefined ? magFilter : THREE.LinearFilter;
this.minFilter = minFilter !== undefined ? minFilter : THREE.LinearMipMapLinearFilter;
this.anisotropy = anisotropy !== undefined ? anisotropy : 1;
this.format = format !== undefined ? format : THREE.RGBAFormat;
this.type = type !== undefined ? type : THREE.UnsignedByteType;
this.offset = new THREE.Vector2( 0, 0 );
this.repeat = new THREE.Vector2( 1, 1 );
this.generateMipmaps = true;
this.premultiplyAlpha = false;
this.flipY = true;
this.needsUpdate = false;
this.onUpdate = null;
};

最重要的属性是image，这是一个JavaScript Image类型对象。传入的第一个参数就是该对象，如何创建该对象在后面说。

后面的对象都是可选的，如果缺省就会填充默认值，而且往往都是填充默认值。
属性magFileter和minFileter指定纹理在放大和缩小时的过滤方式：最临近点、双线性内插等。
从url中生成一个texture，需要调用Three.ImageUtils.loadTexture(paras)，该函数返回一个texture类型对象。在函数内部又调用了THREE.ImageLoader.load(paras)函数，这个函数内部又调用了THREE.Texture()构造函数，生成纹理。