threejs太阳光与阴影

时间:2022-05-28 Mool 人气:1

前言

这篇文章实现智慧城市中模拟太阳光随时间变化产生对应场景效果。为了场景能够更逼真，我们一般会通过对接天气以及阳光等各种环境因素同步到场景中，使得场景能够更贴近现实。比如一些常见的天气系统，下雨、下雪、阴天、雾霾等，我之后会独立一篇文章中提现。这边文章主要介绍一系列灯光，主要是平行光对于太阳的模仿，以及一些材质的问题~

灯光与材质基础篇

常见的灯光：

- 点光源（点光源可以理解为一个同时向四面八方散发光线，我们通常用来模拟灯泡，可以产生阴影）

- 平行光（平行光可以想象成一个从无限远照射来的光束，通常用来模拟太阳光，可以产生阴影）

- 聚光灯（聚光灯字面意思就是类似舞台灯光一样，照射突出特定圆弧形范围，可以产生阴影）

- 环境光（一般用于改变整体场景的亮度，也是最常用的光源之一）

这里提一嘴材质：（仅仅列举常用的）

- 网格基础材质（MeshBasicMaterial，不支持阴影）

- FBR材质

- 物理标准材质（MeshStandardMaterial）

- MeshPhysicalMaterial

- 以上两者FBR材质相对于高光网格材质效果更好

- MeshPhongMaterial（高光网格材质，高亮表面、镜面反射）

- MeshLambertMaterial（网格Lambert材质，暗淡，漫反射）

这里简单做一下介绍，不懂的同学可以具体去了解某个材质

太阳光

添加平行光-----从东至西调整位置-----调整亮度以及颜色-----添加过渡模拟太阳光

接下来介绍本文的重点，如何模拟太阳光照的变化。其实原理非常简单，就是添加平行光，调整场景模型的阴影关系，根据时间实时变化平行光的位置以及光照强度以及颜色即可模拟~

整体调用代码

由于是一个demo，所以注重效果，一切从简实现功能

sun() { //两秒变化一次平行光
  let i=0
  setInterval(()=>{
    this.initSun(i)
    i++
  },2000)
}

简单实现通过定时器以及提前写好对应位置光照的信息。主要是思想，酌情根据自己的需求可以改变~

这里这么写主要是实现效果，真实的应该根据系统时间将太阳光做出调整，包括根据天气原因，换汤不换药，主要还是

手动调整并存储为json通过传入时间以及天气去做出转化~

Viewer.prototype.initSun = function (type) {
  let position = {}
  let color = '#ffffff'
  let intensity = 1
  switch (type) {
    case 0:
      position = {
        x: 270,
        y: 150,
        z: 0
      }
      intensity = 5
      break
    case 1:
      position = {
        x: 258,
        y: 170,
        z: 0
      }
      intensity = 7
      color = '#fcffc9'
      break
    case 2:
      position = {
        x: 245,
        y: 180,
        z: 0
      }
      intensity = 10
      color = '#ffe69f'
      break
    case 3:
      position = {
        x: 0,
        y: 100,
        z: 0
      }
      intensity = 15
      color = '#ffe69f'
      break
    case 4:
      position = {
        x: -245,
        y: 180,
        z: 0
      }
      intensity = 10
      color = '#e3894d'
      break
    case 5:
      position = {
        x: -258,
        y: 160,
        z: 0
      }
      intensity = 10
      color = '#ff8400'
      break
    default :
      position = {
        x: -270,
        y: 150,
        z: 0
      }
      intensity = 8
      color = '#ff8400'
      break
  }
  if (this.directionalLight) {
    this.directionalLight.setSun(position,color,intensity)
  } else {
    this.directionalLight = new zhdSun()
    this.directionalLight.renderFn(this.renderFunction)
    this.directionalLight.init({
      position,
      color,
      intensity,
      scene: this.scene,
      currentlayers: this.currentlayers
    })
  }
}

太阳光类

这里主要对太阳光类的拆解与分析，封装的比较粗糙，酌情个人可以优化

import TWEEN from '@tweenjs/tween.js'
import {zhdObject} from './zhdObject'
export class zhdSun extends zhdObject {
  constructor() {
    super()
    this.light = null
  }
}
//由于添加了TWEEN动画库，记得在animate中实时更新TWEEN
TWEEN.update()

初始化

这里做的是向场景中添加平行光，设置其阴影的范围以及距离等属性，因为我这边涉及层级，所以设置了平行光的层级

平行光可谓是所有灯光中阴影调整最麻烦的，想要平行光能够产生对的阴影效果，模型的产生阴影以及接收阴影要调整好，并且平行光的照射范围也要调整好。我效果图中不知大家有没有发现，在正午时刻的时候太阳光照射地面产生了一个长方形的范围阴影，这里是特地录制一个相对不那么完美的版本。

产生原因：平行光范围太小，但是一旦你调整平行光范围过大，由于地面是通过多个瓦片加载的，就会出现条纹状的阴影

如下图

解决方法：调整平行光阴影的bias属性，有助于减少阴影中的伪影

init({position, color, intensity , currentlayers, scene}) {
  const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(color, intensity) // 新建一个平行光源，颜色未白色，强度为1
  this.light = directionalLight
  directionalLight.position.set(position.x, position.y, position.z) // 将此平行光源调整到一个合适的位置
  directionalLight.castShadow = true // 将此平行光源产生阴影的属性打开
  // 设置平行光的的阴影属性，即一个长方体的长宽高，在设定值的范围内的物体才会产生阴影
  const d =100 //阴影范围
  directionalLight.shadow.camera.left = -d
  directionalLight.shadow.camera.right = d
  directionalLight.shadow.camera.top = d
  directionalLight.shadow.camera.bottom = -d
  directionalLight.shadow.camera.near = 20
  directionalLight.shadow.camera.far = 8000
  directionalLight.shadow.mapSize.x = 2048 // 定义阴影贴图的宽度和高度,必须为2的整数此幂
  directionalLight.shadow.mapSize.y = 2048 // 较高的值会以计算时间为代价提供更好的阴影质量
  directionalLight.shadow.bias = -0.0005 //解决条纹阴影的出现
  this.setlayers(directionalLight, currentlayers)
  scene.add(directionalLight) // 将此平行光源加入场景中，我们才可以看到这个光源
  return directionalLight
}

设置平行光信息

设置平行光的信息：包括位置、颜色、强度

setSun(position, color, intensity) {
  this.setTweens(this.light.position, position, 2000)
  this.light.color = new THREE.Color( color )
  this.light.intensity = intensity
}

Tween

这里简单介绍TWEEN不懂的可以去看我之前的文章，主要是一个动画库，这里做简单的封装

setTweens(obj, newObj, duration = 1500) {
  var ro = new TWEEN.Tween(obj)
  ro.to(newObj, duration) // 变化后的位置以及动画时间
  ro.easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut)
  ro.onUpdate(function () {
  })
  ro.start()
}

总结

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