JavaScript三维渲染_Three.js着色器编写指南

Three.js中编写自定义着色器需使用ShaderMaterial，通过GLSL定义顶点和片段着色器，结合uniforms传递动态数据，实现如彩色渐变球体等视觉效果，提升3D场景表现力。

Three.js 是一个强大的 JavaScript 3D 库，它让开发者可以在浏览器中轻松创建和展示三维内容。当你需要更精细地控制物体的外观时，原生材质可能无法满足需求，这时就需要编写自定义着色器（Shader）。着色器是运行在 GPU 上的小程序，用 GLSL（OpenGL Shading Language）编写，分为顶点着色器（vertex shader）和片段着色器（fragment shader）。本文将带你了解如何在 Three.js 中编写自定义着色器。

理解着色器基础

在 Three.js 中使用自定义着色器，你需要了解两个核心部分：

• 顶点着色器：处理每个顶点的位置、法线、纹理坐标等属性，决定模型在屏幕上的形状和位置。
• 片段着色器：计算每个像素的颜色，决定物体表面的视觉效果，如颜色、光照、纹理等。

着色器代码使用 GLSL 编写，语法类似 C 语言。注意版本差异：WebGL 1 使用 precision mediump float; 声明精度，而 WebGL 2 支持更高精度和更多特性。

在 Three.js 中创建 ShaderMaterial

Three.js 提供了 ShaderMaterial 类，允许你传入自定义的顶点和片段着色器代码。

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定义顶点着色器：

const vertexShader = \`
void main() {
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
}
\`;

定义片段着色器：

const fragmentShader = \`
uniform float time;
void main() {
  vec3 color = 0.5 + 0.5 * sin(time + gl_FragCoord.x * 0.01, time + gl_FragCoord.y * 0.01, time);
  gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
}
\`;

创建材质并应用到几何体：

const material = new THREE.ShaderMaterial({
  vertexShader,
  fragmentShader,
  uniforms: {
    time: { value: 0.0 }
  }
});
<p>const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 32, 32);
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(mesh);

在动画循环中更新 uniform：

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function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  material.uniforms.time.value += 0.01;
  renderer.render(scene, camera);
}

使用 Uniforms 和 Attributes 传递数据

Uniforms 是全局变量，在整个渲染过程中保持不变（除非手动更新），适合传递时间、光照参数、颜色等。

Attributes 是每个顶点独有的数据，如顶点位置、法线、颜色等，通常由几何体自动提供。

常见内置 attributes：

• position：顶点位置
• normal：法线向量
• uv：纹理坐标

Three.js 自动将这些属性传入顶点着色器，你只需声明即可使用。

高级技巧与性能建议

编写高效着色器需要注意以下几点：

• 避免在片段着色器中进行复杂循环或递归计算，这会显著降低性能。
• 使用 uniforms 缓存频繁变化的数据，减少 CPU 到 GPU 的传输开销。
• 合理设置精度，移动端推荐使用 mediump 或 lowp 提高兼容性。
• 利用 Three.js 内置变量如 modelViewMatrix、projectionMatrix 简化矩阵运算。

调试着色器时，可逐步注释代码段，观察输出变化，或使用 gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); 测试是否执行到某行。

基本上就这些。掌握着色器编写后，你可以实现火焰、水流、溶解、噪声动画等高级视觉效果，极大提升 3D 场景的表现力。

以上就是JavaScript三维渲染_Three.js着色器编写指南的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！