github地址：https://github.com/hua1995116/Fly-Three.js
大家好，我是秋风。继上一篇《Three.js系列:游戏中的第一/三人称视角》今天想要和大家分享的呢，是做一个海洋球池。
海洋球大家都见过吧？就是商场里非常受小孩子们青睐的小球，自己看了也想往里蹦跶的那种。

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就想着做一个海洋球池，然后顺便带大家来学习学习 Three.js 中的物理引擎。
那么让我们开始吧，要实现一个海洋球池，那么首先肯定得有“球”吧。
因此先带大家来实现一个小球，而恰恰在 Three.js 中定义一个小球非常的简单。因为 Three.js 给我们提供非常丰富几何形状 API ，大概有十几种吧。

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提供的几何形状恰巧有我们需要的球形， 球形的 API叫 SphereGeometry。

SphereGeometry(radius : Float, widthSegments : Integer, heightSegments : Integer, phiStart : Float, phiLength : Float, thetaStart : Float, thetaLength : Float)

这个API 一共有 7 个参数，但是呢，我们需要用到就只有前3个参数，后面的暂时不需要管。
Radius 的意思很简单，就是半径，说白了就是设置小球的大小，首先我们设置小球的大小，设置为 0.5，然后其次就是 widthSegments 和 heightSegments ，这俩值越大，球的棱角就越少，看起来就越细腻，但是精细带来的后果就是性能消耗越大，widthSegments 默认值为32，heightSegments默认值为 16 ，我们可以设置 20, 20

const sphereGeometry = new THREE.SphereGeometry(0.5, 20, 20);

这非常的简单，虽然小球有了形状，我们还得给小球设置上材质，材质就是类似我们现实生活中的材料，不是是只要是球形的就叫一个东西，比如有玻璃材质的弹珠，有橡胶材质的网球等等，不同的材质会与光的反射不一样，看起来的样子也不一样。在 Three.js 中我们就设置一个标准物理材质 MeshStandardMaterial ，它可以设置金属度和粗糙度，会对光照形成反射，然后把球的颜色设置成红色，

const sphereMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: '#ff0000' }); const mesh = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMaterial); scene.add(mesh);

然后我们将它添加到我们的场景中，emmm，看起来黑乎乎的一片。

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“上帝说要有光，于是就有了光”，黑乎乎是正常的，因为在我们场景中没有灯光，这个意思很简单，当夜晚的时候，关了灯当然是伸手不见五指。于是我们在场景中加入两盏灯，一个环境灯，一个直射灯，灯光在本篇文章中不是重点，所以就不会展开描述。只要记住，”天黑了，要开灯”

// Ambient light const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5) scene.add(ambientLight)// Directional light const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 0.5) directionalLight.position.set(2, 2, -1) scene.add(directionalLight)

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嗯！现在这个球终于展现出它的样子了。
一个静态的还海洋球肯定没有什么意思，我们需要让它动起来，因此我们需要给它添加物理引擎。有了物理引擎之后小球就会像现实生活中的样子，有重力，在高空的时候它会做自由落地运动，不同材质的物体落地的时候会有不同的反应，网球落地会弹起再下落，铅球落地则是静止的。
常用的 3d 物理引擎有Physijs 、Ammo.js 、Cannon.js 和 Oimo.js 等等。这里我们用到的则是 Cannon.js
在 Cannon.js 官网有很多关于 3d 物理的效果，详细可以看他的官网 https://pmndrs.github.io/cannon-es/

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引入 Cannon.js

import * as CANNON from 'https://cdn.jsdelivr.net/npm/cannon-es@0.19.0/dist/cannon-es.js';

首先先创建一个物理的世界，并且设置重力系数 9.8

const world = new CANNON.World(); world.gravity.set(0, -9.82, 0);

在物理世界中创建一个和我们 Three.js 中一一对应的小球，唯一不一样的就是需要设置 mass，就是小球的重量。

const shape = new CANNON.Sphere(0.5); const body = new CANNON.Body({ mass: 1, position: new CANNON.Vec3(0, 3, 0), shape: shape, }); world.addBody(body);

然后我们再修改一下我们的渲染逻辑，我们需要让每一帧的渲染和物理世界对应。

+ const clock = new THREE.Clock(); + let oldElapsedTime = 0; const tick = () => { +const elapsedTime = clock.getElapsedTime() +const deltaTime = elapsedTime - oldElapsedTime; +oldElapsedTime = elapsedTime; +world.step(1 / 60, deltaTime, 3); controls.update(); renderer.render(scene, camera)window.requestAnimationFrame(tick) }tick();

但是发现我们的小球并没有动静，原因是我们没有绑定物理世界中和 Three.js 小球的关系。

const tick = () => { ... + mesh.position.copy(body.position); ... }

来看看现在的样子。

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小球已经有了物理的特性，在做自由落体了~ 但是由于没有地面，小球落向了无尽的深渊，我们需要设置一个地板来让小球落在一个平面上。
创建 Three.js 中的地面， 这里主要用到的是 PlaneGeometry它有4个参数

PlaneGeometry(width : Float, height : Float, widthSegments : Integer, heightSegments : Integer)

和之前类似我们只需要关注前 2 个参数，就是平面的宽和高，由于平面默认是 x-y 轴的平面，由于Three.js 默认用的是右手坐标系，对应的旋转也是右手法则，所以逆时针为正值，顺时针为负值，而我们的平面需要向顺时针旋转 90°，所以是 -PI/2

const planeGeometry = new THREE.PlaneGeometry(20, 20); const planeMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: '#777777', }); const plane = new THREE.Mesh(planeGeometry, planeMaterial); plane.rotation.x = -Math.PI * 0.5; scene.add(plane);

然后继续绑定平面的物理引擎，写法基本和 Three.js 差不多，只是 API 名字不一样

const floorShape = new CANNON.Plane(); const floorBody = new CANNON.Body(); floorBody.mass = 0; floorBody.addShape(floorShape); floorBody.quaternion.setFromAxisAngle(new CANNON.Vec3(-1, 0, 0), Math.PI * 0.5); world.addBody(floorBody);

来看看效果：

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但是这个效果仿佛是一个铅球落地的效果，没有任何回弹以及其他的效果。为了让小球不像铅球一样直接落在地面上，我们需要给小球增加弹性系数。

const defaultMaterial = new CANNON.Material("default"); const defaultContactMaterial = new CANNON.ContactMaterial( defaultMaterial, defaultMaterial, { restitution: 0.4, } ); world.addContactMaterial(defaultContactMaterial); world.defaultContactMaterial = defaultContactMaterial; ... const body = new CANNON.Body({ mass: 1, position: new CANNON.Vec3(0, 3, 0), shape: shape, +material: defaultMaterial, }); ...

查看效果：

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海洋球池当然不能只有一个球，我们需要有很多很多球，接下来我们再来实现多个小球的情况，为了生成多个小球，我们需要写一个随机小球生成器。

const objectsToUpdate = []; const createSphere = (radius, position) => { const sphereMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ metalness: 0.3, roughness: 0.4, color: Math.random() * 0xffffff }); const mesh = new THREE.Mesh(sphereGeometry, sphereMaterial); mesh.scale.set(radius, radius, radius); mesh.castShadow = true; mesh.position.copy(position); scene.add(mesh); const shape = new CANNON.Sphere(radius * 0.5); const body = new CANNON.Body({ mass: 1, position: new CANNON.Vec3(0, 3, 0), shape: shape, material: defaultMaterial, }); body.position.copy(position); world.addBody(body); objectsToUpdate.push({ mesh, body, }); };

以上只是对我们之前写的代码做了一个函数封装，并且让小球的颜色随机，我们暴露出小球的位置以及小球的大小两个参数。
最后我们需要修改一下更新的逻辑，因为我们需要在每一帧修改每个小球的位置信息。

const tick = () => { ... for (const object of objectsToUpdate) { object.mesh.position.copy(object.body.position); object.mesh.quaternion.copy(object.body.quaternion); } ... }

紧接着我们再来写一个点击事件，点击屏幕的时候能生成 100 个海洋球。

window.addEventListener('click', () => {for (let i = 0; i < 100; i++) { createSphere(1, { x: (Math.random() - 0.5) * 10, y: 10, z: (Math.random() - 0.5) * 10, }); } }, false);

查看下效果：

初步的效果已经实现了，由于我们的池子只有底部一个平面，没有设置任何墙，所以小球就四处散开了。所以大家很容易地想到，我们需要建设4面墙，由于墙和底部平面有的区别就是有厚度，它不是一个单纯的面，因此我们需要用到新的形状 —— BoxGeometry , 它一共也有7个参数，但是我们也只需要关注前3个，对应的就是长宽高。

BoxGeometry(width : Float, height : Float, depth : Float, widthSegments : Integer, heightSegments : Integer, depthSegments : Integer)

现在我们来建立一堵 长20, 宽 5, 厚度为 0.1 墙。

const box = new THREE.BoxGeometry(20, 5, 0.1); const boxMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: '#777777', metalness: 0.3, roughness: 0.4, }); const box = new THREE.Mesh(box, boxMaterial); box.position.set(0, 2.5, -10); scene.add(box)

现在它长成了这个样子：

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接着我们”依葫芦画瓢“完成剩下3面墙：

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Untitled
然后我们也给我们的墙添加上物理引擎，让小球触摸到的时候，仿佛是真的碰到了墙，而不是穿透墙。

const halfExtents = new CANNON.Vec3(20, 5, 0.1) const boxShape = new CANNON.Box(halfExtents) const boxBody1 = new CANNON.Body({ mass: 0, material: defaultMaterial, shape: boxShape, })boxBody1.position.set(0, 2.5, -10); world.addBody(boxBody1); ... boxBody2 boxBody3 boxBody4

查看效果

收获满满一盆海洋球

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大功告成！
来总结一下我们本期学习的内容，一共用到SphereGeometry、PlaneGeometry、 BoxGeometry，然后学习了 Three.js 几何体 与物理引擎 cannon.js 绑定，让小球拥有物理的特性。
主要得步骤为

• 定义小球
• 引入物理引擎
• 将 Three.js 和 物理引擎结合
• 生成随机球
• 定义墙

好了，以上就是本章的全部内容了，下一个篇章再见。
github地址：https://github.com/hua1995116/Fly-Three.js
【WebGL|Three.js系列: 造个海洋球池来学习物理引擎】系列连载首发地址：

1. Three.js系列: 造个海洋球池来学习物理引擎
2. Three.js系列: 游戏中的第一、三人称视角

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