Three.js源碼閱讀筆記(Object3D類)

這是Three.js源碼閱讀筆記的第二篇，直接開始。 Core::Object3D Object3D似乎是Three.js框架中最重要的類，相當一部分其他的類都是繼承自Object3D類，比如場景類、幾何形體類、相機類、光照類等等：他們都是3D空間中的對象，所以稱為Object3D類。Object3D構造函數如下： 複製代碼 代碼如下: THREE.Object3D = function () { THREE.Object3DLibrary.push( this ); this.id = THREE.Object3DIdCount ++; this.name = ""; this.properties = {}; this.parent = undefined; this.children = []; this.up = new THREE.Vector3( 0, 1, 0 ); this.position = new THREE.Vector3(); this.rotation = new THREE.Vector3(); this.eulerOrder = THREE.Object3D.defaultEulerOrder; this.scale = new THREE.Vector3( 1, 1, 1 ); this.renderDepth = null; this.rotationAutoUpdate = true; this.matrix = new THREE.Matrix4(); this.matrixWorld = new THREE.Matrix4(); this.matrixRotationWorld = new THREE.Matrix4(); this.matrixAutoUpdate = true; this.matrixWorldNeedsUpdate = true; this.quaternion = new THREE.Quaternion(); this.useQuaternion = false; this.boundRadius = 0.0; this.boundRadiusScale = 1.0; this.visible = true; this.castShadow = false; this.receiveShadow = false; this.frustumCulled = true; this._vector = new THREE.Vector3(); }; 在介紹函數之前，需要先介紹一下這個類的幾個重要屬性。 屬性parent和children說明，通常需要使用樹來管理眾多Object3D對象。比如一輛行駛的汽車是一個Object3D對象，控制汽車行駛路線的邏輯在該對象內部實現，汽車的每個頂點經過模型矩陣的處理後，都位於正確的位置；但是汽車擺動的雨刮器，其不但隨著汽車行駛方向運動，而且自身相對汽車也在左右擺動，這個擺動的邏輯無法在汽車這個對象內部的實現。解決的方法是，將雨刮器設定為汽車的chidren，雨刮器內部的邏輯只負責其相對於汽車的擺動。在這種樹狀結構下，一個場景Scene實際上就是最頂端的Object3D，它的模型矩陣就是視圖矩陣（取決於相機）的逆矩陣。 屬性matrix和matrixWorld就很好理解了，matrix表示本地的模型矩陣，僅僅表示該對象的運動，而matrixWorld則需要依次向父親節點迭代，每一次迭代都左乘父親對象的本地模型矩陣，直到Scene對象——當然，實際上是左乘父親對象的全局模型矩陣。屬性position、rotation、scale表示模型矩陣的三種變換部分，在Matrix4類中有相關說明。rotation和eulerOrder共同描述了一個旋轉狀態，quaternion也可以描述一個旋轉狀態，具體使用哪種方法要看useQuation的布爾值。 可以看到，關於該Object3D對象最重要的「變換狀態」信息實際上是存儲在兩個「備份」中的，一個是matrix對象，還有一個是position等屬性，兩部分應當保持一致，如果通過某種方法改變了一個備份，則另一個備份也應該在適當的時候更新。還有一些其他屬性從字面和類型上就能看出其含義，不再單獨列出了。下面說函數： 函數applyMatrix(matrix)將參數matrix左乘到this.matrix上，實際上就是對該Object3D對象實行某個變換（該變換可能要經過好幾步基本變換，但是已經存儲在參數matrix裡面了）。注意，在對this.matrix執行完左乘之後，；立刻更新了position等參數的值。比起下面幾個變換函數，該函數更「高級」，允許開發者自由指定變換矩陣，而不是說「朝著x軸前進5單位距離」。 複製代碼 代碼如下: applyMatrix: function ( matrix ) { this.matrix.multiply( matrix, this.matrix ); this.scale.getScaleFromMatrix( this.matrix ); var mat = new THREE.Matrix4().extractRotation( this.matrix ); this.rotation.setEulerFromRotationMatrix( mat, this.eulerOrder ); this.position.getPositionFromMatrix( this.matrix ); }, 函數translate(distance, axis)令該對象向axis軸指定的方向前進distance距離。函數translateX(distance)，translateY(distance)，translateZ(distance)令其向X，Y，Z軸前進distance距離。注意這些函數僅僅改變了position對象的值，而不曾改變matrix的值。 複製代碼 代碼如下: translate: function ( distance, axis ) { this.matrix.rotateAxis( axis ); this.position.addSelf( axis.multiplyScalar( distance ) ); }, translateX: function ( distance ) { this.translate( distance, this._vector.set( 1, 0, 0 ) ); }, 函數localToWorld(vector)將本地坐標轉化為世界坐標中，函數worldToLocal則正好相反。注意這裡的vector本地坐標指的是未變換之前的坐標，也就是說雨刮器的默認位置的頂點坐標。 函數lookAt(eye,center,up)執行其matrix屬性對象的lookAt函數（之前介紹過，matrix4對象也有一個lookAt函數），一般用於相機對象。該函數僅僅改變了旋轉狀態，所以當matrix屬性對象執行完之後，如果屬性rotationAutoUpdate為真，則會更新rotation或quaternion的值，更新哪一個取決於屬性useQuation。 函數add(object)和函數remove(object)從當前Object3D對象中添加一個子對象，或刪除一個子對象，了解到場景中的眾多Object3D對象是用樹來管理的，這就很容易理解了。 函數traverse(callback)遍歷調用者和調用者的所有後代，callback參數是一個函數，被調用者和每一個後代對象調用callback(this)。 複製代碼 代碼如下: traverse: function ( callback ) { callback( this ); for ( var i = 0, l = this.children.length; i < l; i ++ ) { this.children[ i ].traverse( callback ); } }, 函數getChildByName(name,recursive)通過字元串在調用者的子元素（recursive為false）或後代元素（recursive為true）中查詢屬性name符合的對象返回。 函數getDescendants(array)將調用者的所有後代對象全部push到數組array中。 函數updateMatrix()和updateMatrixWorld(force)將根據position，rotation或quaternion，scale參數更新matrix和matrixWorld。updateMatrixWorld還會更新所有後代元素的matrixWorld，如果force值為真或者調用者本身的matrixWorldNeedsUpdate值為真。在函數applyMatrix(matrix)中，改變了matrix值後立刻就更新了position，rotation等屬性，但在函數translate(distance,axis)中改變了position等變數（或者直接改變position等屬性）後並沒有立刻更新matrix值，這時應該手動調用updateMatrix()。這些細節值得注意，你也許會認為應該加入事件監聽，一旦一個值發生變化，其他所有的都會立刻更新，但我想在，可能是出於這方面的考慮：適當的時候更新會帶來更高的效率——比如可能會頻繁地改變rotation值，但是僅僅在使用matrix屬性之前，才對其進行更新。 複製代碼 代碼如下: updateMatrix: function () { this.matrix.setPosition( this.position ); if ( this.useQuaternion === false ) { this.matrix.setRotationFromEuler( this.rotation, this.eulerOrder ); } else { this.matrix.setRotationFromQuaternion( this.quaternion ); } if ( this.scale.x !== 1 || this.scale.y !== 1 || this.scale.z !== 1 ) { this.matrix.scale( this.scale ); this.boundRadiusScale = Math.max( this.scale.x, Math.max( this.scale.y, this.scale.z ) ); } this.matrixWorldNeedsUpdate = true; }, updateMatrixWorld: function ( force ) { if ( this.matrixAutoUpdate === true ) this.updateMatrix(); if ( this.matrixWorldNeedsUpdate === true || force === true ) { if ( this.parent === undefined ) { this.matrixWorld.copy( this.matrix ); } else { this.matrixWorld.multiply( this.parent.matrixWorld, this.matrix ); } this.matrixWorldNeedsUpdate = false; force = true; } for ( var i = 0, l = this.children.length; i < l; i ++ ) { this.children[ i ].updateMatrixWorld( force ); } }, 函數deallocate手動將調用者佔用的空間釋放掉，當不再需要該對象時這樣做。 Core::Projectors 管理投影矩陣的類，代碼太複雜了，我猜會涉及到render類里的操作，等到適當的時候再看吧。 Core::UV 該構造函數產生一個材質坐標類——就是材質上的坐標，往往與頂點對應起來，光柵化後每個像素都有一個材質坐標，再從材質上「取色」以實現紋理。 複製代碼 代碼如下: THREE.UV = function ( u, v ) { this.u = u || 0; this.v = v || 0; }; 材質坐標類就是一個簡化的vector2類，除了屬性名稱不同而已。 Core::Ray Core::Rectangle Core:Spline 射線類，有原點、方向、遠近截斷點。在點光源中應該有應用。矩形類、曲線類，相對都比較簡單，也不那麼「核心」，以後再看吧。 Core::Geometry Geometry類也是非常重要的一類，表示一個由頂點和表面構成的幾何形體。 複製代碼 代碼如下: THREE.Geometry = function () { THREE.GeometryLibrary.push( this ); this.id = THREE.GeometryIdCount ++; this.name = ""; this.vertices = []; this.colors = []; this.normals = []; this.faces = []; this.faceUvs = [[]]; this.faceVertexUvs = [[]]; this.morphTargets = []; this.morphColors = []; this.morphNormals = []; this.skinWeights = []; this.skinIndices = []; this.lineDistances = []; this.boundingBox = null; this.boundingSphere = null; this.hasTangents = false; this.dynamic = true; this.verticesNeedUpdate = false; this.elementsNeedUpdate = false; this.uvsNeedUpdate = false; this.normalsNeedUpdate = false; this.tangentsNeedUpdate = false; this.colorsNeedUpdate = false; this.lineDistancesNeedUpdate = false; this.buffersNeedUpdate = false; }; 以下兩組屬性最重要： 屬性vertics是一個數組，每個元素是vector3類型的對象，表示一個頂點坐標。屬性colors和normals表示和頂點對應的顏色值和發現向量，只有在很少的情況下才使用，大部分情況下，頂點的顏色和發現時在「表面」中定義的——如果立方體的6面顏色各不相同，則每個頂點實在不同的面上是不同的顏色。 屬性faces是一個數組，每個元素是face4或face3類型的對象，之前介紹face3的時候說到，face中存儲的僅僅是頂點的索引值，通過索引值就可以在數組vertices中取到頂點的坐標值。 下面說函數： applyMatrix(matrix)函數更新geometry中的所有頂點坐標和表面的法線向量，所做的實際上是用變換矩陣matrix對geometry形體進行空間變換。normalMatrix是參數matrix左上角3×3矩陣的逆轉置矩陣，該矩陣用來旋轉矢量（法線，而不是頂點坐標）。 複製代碼 代碼如下: applyMatrix: function ( matrix ) { var normalMatrix = new THREE.Matrix3(); normalMatrix.getInverse( matrix ).transpose(); for ( var i = 0, il = this.vertices.length; i < il; i ++ ) { var vertex = this.vertices[ i ]; matrix.multiplyVector3( vertex ); } for ( var i = 0, il = this.faces.length; i < il; i ++ ) { var face = this.faces[ i ]; normalMatrix.multiplyVector3( face.normal ).normalize(); for ( var j = 0, jl = face.vertexNormals.length; j < jl; j ++ ) { normalMatrix.multiplyVector3( face.vertexNormals[ j ] ).normalize(); } matrix.multiplyVector3( face.centroid ); } }, 函數ComputeCentroid()計算幾何形體中每個表面的重心（不是幾何形體自己的重心）。這個函數似乎應當放到face類的原型上會更好，但是由於face類內部無法獲取點的坐標（除非再將點坐標數組的引用作為參數傳入構造函數，這樣代價就大了）而僅僅是索引值，所以只好在geometry類的原型上定義了。下面幾個函數都是類似的情況（事實上，face類幾乎沒有什麼成員函數）。 函數computeFaceNormals()和computeVertexNormals(areaWeight)計演算法線向量，前者影響的是face數組中每個元素的normal屬性，一個face只有1個；後者face數組中每個元素的vertexNormal屬性，一個face3型對象有3個，一個face4型對象有4個，但是需要注意的是，被多個表面共享的頂點，其法線向量只有一個，同時受到多個表面的影響。比如中心在原點，三組表面都垂直於軸的立方體，其第一象限中的頂點，法線向量是(1,1,1)的歸一化。雖然看上去不可思議，平面的頂點的法線居然不是垂直於平面的，但這種指定法線的方法在利用平面模擬曲面的時候有很好的效果。 函數createMorphNormal為每一個morph創建法線。morph應該是用作顯示固定連續動畫的變形效果。 函數mergeVertics將坐標值相同的點剔除，同時更新face對象中的點索引值。 Core::Quaternian 四維數旋轉類用另一種方式表達一個旋轉變換，相比用rotation，可以避免萬向節死鎖問題。 複製代碼 代碼如下: THREE.Quaternion = function( x, y, z, w ) { this.x = x || 0; this.y = y || 0; this.z = z || 0; this.w = ( w !== undefined ) ? w : 1; }; 如果不談函數，Quaternian就是一個簡單的vector4類型對象。 函數setFromEuler(v,order)通過一次歐拉旋轉設置四維數旋轉。 函數setFromAxis(axis,angle)通過繞任意軸旋轉設定四維數旋轉。 函數setFromRotationMatrix(matrix)通過旋轉矩陣設置四維數旋轉。 還有一些和vector4類相同的函數這裡就不列了。
推薦閱讀：