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Three.js源码阅读笔记(基础的核心Core对象)

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#楼主# 2019-6-18

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Three.js是一个比较伟大的webgl开源库,它简化了浏览器3D编程,使得使用JavaScript在浏览器中创建复杂的场景变得容易很多接下来先从最基础的核心(Core)对象开始,感兴趣的朋友可以参考下
Three.js是一个比较伟大的webgl开源库,它简化了浏览器3D编程,使得使用JavaScript在浏览器中创建复杂的场景变得容易很多。Github上众多webgl demo令我兴奋不已,跃跃欲试。由于这个库还处在开发阶段,因此资料非常匮乏,爱好者大部分时间不得不通过阅读该库的源码进行学习,我现在也准备这样做。

这是第一篇笔记,先从最基础的核心(Core)对象开始。
Core::Vector2
该构造函数用来创建一个表示二维向量的对象
  1. THREE.Vector2 = function ( x, y ) {
  2. this.x = x || 0;
  3. this.y = y || 0;
  4. };
复制代码
Vector2对象的功能函数采用定义构造函数的原型对象来实现,形如:
  1. THREE.Vector2.prototype = {
  2. constructor: THREE.Vector2,
  3. set: function ( x, y ) {
  4. this.x = x;
  5. this.y = y;
  6. return this;
  7. },
  8. copy: function ( v ) {
  9. this.x = v.x;
  10. this.y = v.y;
  11. return this;
  12. },
  13. ...... // 更多的函数
  14. };
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函数set(x,y)用以指定向量的值,调用者本身的x,y值被影响了,而该方法本身又返回调用者本身,这种情况很常见,以下不再说明。通过文字能够表述清楚功能的函数不再引用源代码,这一点以下也不再说明。
函数copy(v)用来将向量v复制进调用者。
函数add(a,b)和函数sub(a,b)分别表示对向量a,b相加和相减。
函数addSelf(v)和subSelf(v)分别表示对调用者本身加上或减去向量v。
函数multiplyScale(s)和divideScale(s)分别表示对调用者本身乘以或除以s。
函数lerpSelf(v,alpha)将调用者向v所指的方向旋转alpha,当alpha为1时,调用者最终等于v,而当alpha=0时,调用者还等于原来。
  1. lerpSelf: function ( v, alpha ) {
  2. this.x += ( v.x - this.x ) * alpha;
  3. this.y += ( v.y - this.y ) * alpha;
  4. return this;
  5. },
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函数negate()对调用者取反。
函数dot(v)返回float类型的调用者和向量v的点乘。
函数lengthSq()和函数length()返回float类型的调用者长度平方或长度。
函数normalize()将调用者本身归一化。
函数distanceToSquared(v)和distanceTo(v)将返回调用者和向量v的距离。这里的距离其实是两向量起点都在原点时,终点之间的距离,也就是向量this-v的长度。
函数setLength(s)将向量的长度缩放至为s,方向不变。
函数equals(v)判断调用者与向量v的值是否相同。
函数isZero()判断调用者是否是零向量。
函数clone()返回一个与调用者值一样的新向量,相当于将其复制出去,注意与copy(v)的区别。
Core::Vector3
该构造函数创建一个表示三维向量的对象
  1. THREE.Vector3 = function ( x, y, z ) {
  2. this.x = x || 0;
  3. this.y = y || 0;
  4. this.z = z || 0;
  5. };
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三维向量和二维向量有许多共通之处,比如set,add,dot,length,clone等,此处尽数略去,只记录三维向量比二维向量多出的部分函数。

函数setX(x),setY(y)和setZ(z)用来单独设置某一分量的值。
函数cross(a,b)和crossSelf(v)分别使调用者变为a,b的叉乘或者调用者本身与v的叉乘。叉乘是一个向量,垂直于参与叉乘的两个向量并呈右手螺旋法则。

函数getPositionFromMatrix(m),getRotationFromMatrix(m),getScaleFromMatrix(m)从4×4的模型矩阵中提取位置分量,旋转分量和缩放分量。模型矩阵表示了一系列平移、旋转、缩放变换的叠加效果。(这里第二个函数出现在文档中,在源码中被另外两个函数代替了,也许还没来得及更新)。
函数angleTo(v)计算调用者和向量v的夹角。
Core::Vector4
该构造函数创建一个表示四维向量的对象
  1. THREE.Vector4 = function ( x, y, z, w ) {
  2. this.x = x || 0;
  3. this.y = y || 0;
  4. this.z = z || 0;
  5. this.w = ( w !== undefined ) ? w : 1;
  6. };
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四维向量用来表示齐次坐标,其函数和Vector2,Vector3中的函数功能重合,仅仅是多一个分量而已,这里不再记录。
Core::Matrix3
该构造函数创建一个表示3×3矩阵的对象
THREE.Matrix3 = function () {
this.elements = new Float32Array(9);
};
3×3矩阵有9个元素,存储在矩阵对象的属性elements中,elements是一个数组。
函数getInverse(m)返回矩阵m的逆矩阵,同时改变调用者本身。
函数transpose()转置调用者。
函数transposeToArray(r)将调用者转置进数组r而不改变自身。(这个地方似乎源码错了,var m=this.m应该为var m=this.elements。)
Core::Matrix4
该构造函数创建一个表示4×4矩阵的对象,4×4矩阵在三维图形学中非常重要,模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵都是这样的矩阵。
  1. THREE.Matrix4 = function ( n11, n12, n13, n14, n21, n22, n23, n24, n31, n32, n33, n34, n41, n42, n43, n44 ) {
  2. this.elements = new Float32Array( 16 );
  3. this.set(
  4. ( n11 !== undefined ) ? n11 : 1, n12 || 0, n13 || 0, n14 || 0,
  5. n21 || 0, ( n22 !== undefined ) ? n22 : 1, n23 || 0, n24 || 0,
  6. n31 || 0, n32 || 0, ( n33 !== undefined ) ? n33 : 1, n34 || 0,
  7. n41 || 0, n42 || 0, n43 || 0, ( n44 !== undefined ) ? n44 : 1
  8. );
  9. };
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在Matrix3对象中出现的几个函数在Matrix4中有相同的作用,这里也略去。
函数identity()将对象重置为单位阵。

函数lookAt(eye,center,up)将对象设定为一个视图矩阵,参数都是Vector3对象,该矩阵只会用到eye和center的相对位置。该视图矩阵表示,摄像机在eye位置看向center位置,且向上的向量(这一点稍后解释)为up时的视图矩阵。视图矩阵又可以看做摄像机的模型矩阵,所以该函数产生的矩阵又可以表示以下变换:将物体从原点平移至位置center-eye,再将其旋转至向上的向量为up。向上的向量up用来固定相机,可以想象当相机固定在一点,镜头朝向固定方向的时候,还是可以在一个维度里自由旋转的,up向量固定相机的这个维度。
  1. lookAt: function ( eye, target, up ) {
  2. var te = this.elements;
  3. var x = THREE.Matrix4.__v1; // 空Vector3对象,下同
  4. var y = THREE.Matrix4.__v2;
  5. var z = THREE.Matrix4.__v3;
  6. z.sub( eye, target ).normalize();
  7. if ( z.length() === 0 ) {
  8. z.z = 1;
  9. }
  10. x.cross( up, z ).normalize();
  11. if ( x.length() === 0 ) {
  12. z.x += 0.0001;
  13. x.cross( up, z ).normalize();
  14. }
  15. y.cross( z, x );
  16. te[0] = x.x; te[4] = y.x; te[8] = z.x;
  17. te[1] = x.y; te[5] = y.y; te[9] = z.y;
  18. te[2] = x.z; te[6] = y.z; te[10] = z.z;
  19. return this;
  20. },
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函数multiply(a,b),multiplySelf(v)和multiplyToArray(a,b,r)将两个矩阵相乘。
函数multiplyScale(s)将对象所有16个元素都乘以s。
函数multiplyVector3(v)和multiplyVector4(v)将对象矩阵左乘四维行向量,返回vector3和vector4类型的行向量。如果对象矩阵是模型视图矩阵,输入的向量是点位置信息,则输出的向量则是经过模型变换和相机变换后,该点相对于相机的位置。输入vector3类型向量时,自动补足为齐次坐标,返回时再砍掉第四个分量成为普通坐标。

函数rotateAxis(v)使用对象矩阵左上角的3×3子矩阵左乘行向量v,得到一个新的行向量并归一化,返回这个新行向量。该函数同时更新了向量v的值。模型视图矩阵左上角3×3的子矩阵包含了模型矩阵中的旋转信息,将该子矩阵左乘一个向量,得到的新向量实际上就是原向量经过旋转(该旋转效果来自于模型矩阵)得到的。因此该函数名为rotateAxis。
  1. rotateAxis: function ( v ) {
  2. var te = this.elements;
  3. var vx = v.x, vy = v.y, vz = v.z;
  4. v.x = vx * te[0] + vy * te[4] + vz * te[8];
  5. v.y = vx * te[1] + vy * te[5] + vz * te[9];
  6. v.z = vx * te[2] + vy * te[6] + vz * te[10];
  7. v.normalize();
  8. return v;
  9. },
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函数crossVector(v)计算矩阵对象(调用者)和v的叉乘,实际上就是对象矩阵左乘四维行向量v,返回向量。这个具体是做什么的,我还没弄明白。
  1. crossVector: function ( a ) {
  2. var te = this.elements;
  3. var v = new THREE.Vector4();
  4. v.x = te[0] * a.x + te[4] * a.y + te[8] * a.z + te[12] * a.w;
  5. v.y = te[1] * a.x + te[5] * a.y + te[9] * a.z + te[13] * a.w;
  6. v.z = te[2] * a.x + te[6] * a.y + te[10] * a.z + te[14] * a.w;
  7. v.w = ( a.w ) ? te[3] * a.x + te[7] * a.y + te[11] * a.z + te[15] * a.w : 1;
  8. return v;
  9. },
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函数determinant()计算矩阵的行列式值。
函数flattenToArray(flat)和函数flattenToArrayOfset(flat,offset)将矩阵转存到一维数组中,前一个函数从flat[0]存储到flat[15],后一个函数允许指定开始存储的位置,从flat[offset]存储到flat[offset+15]。

函数getPosition()和函数setPosition()用来获取或设置矩阵对象的位置分量。正如旋转分量存储在左上角3×3的子矩阵中,位置分量存储在第四行前三个分量上,即element[12], element[13], element[14]中。
函数getColumeX(),getColumeY(),getColumeZ()分别提取左上角3×3子矩阵的三列。
函数compose(translate,rotation,scale)将对象矩阵设置为由vector3类型translate对象表示的平移、由matrix3类型rotation对象表示的旋转、由vector3类型scale对象表示的缩放这三个变换组合到一起的变换矩阵。实际上就是讲其直接填充到模型矩阵的相应子空间。

函数decompose(translate,rotation,scale)将矩阵对象拆开到三个对象中,和上一个函数正好相反。
函数extractPosition(m)和extractRotation(m)将矩阵对象m中表示位置或旋转的分量抽取到调用者对象中,比如两个物体经过多次各不相同的变换,只需要一个物体的模型视图矩阵extractRotation另一个物体的模型视图矩阵,则调用者就和另外一个物体保持着变换之处相同的旋转方位。

函数translate(v)是模型矩阵最基本的变换之一:平移变换,将模型矩阵从属的物体平移向量v。
函数rotateX(angle),rotateY(angle),rotateZ(angle)分别将模型矩阵从属的物体绕X,Y,Z轴旋转角度angle。

函数rotateByAxis(axis, angle)将模型矩阵从属的物体绕一个任意轴axis旋转角度angle,这是上面两条所涉及的变换的多次叠加(叠加参数由当前位置和axis参数决定),我在《模型视图矩阵和投影矩阵:webgl笔记(1)》中曾讨论到绕任意轴旋转的问题。

这里不应该有一个scale(s)函数吗?可是我在源码中没找到。
函数makeTranslate(x,y,z),makeRotationX(theta),makeRotationY(theta),makeRotationZ(theta),makeRotationAxis(axis,angle),makeScale(s)函数将对象矩阵直接重置为单位阵经过一次平移、或绕某轴旋转、或单纯某次缩放后的矩阵。该函数更新对象本身的值,而且更新的结果与对象之前的值毫无关联(这也是make前缀函数的特点)。

函数makeFrustum(...),makePerspective(...),makeOrthographic(...)也是用来初始化新矩阵,具体含义到相机类里面再讨论,我想相机类的构造函数里一定会调用这些函数的。
函数clone()将矩阵对象复制出来并返回。
Core::Face3
该函数创建一个三角形平面对象
  1. THREE.Face3 = function ( a, b, c, normal, color, materialIndex ) {
  2. this.a = a;
  3. this.b = b;
  4. this.c = c;
  5. this.normal = normal instanceof THREE.Vector3 ? normal : new THREE.Vector3();
  6. this.vertexNormals = normal instanceof Array ? normal : [ ];
  7. this.color = color instanceof THREE.Color ? color : new THREE.Color();
  8. this.vertexColors = color instanceof Array ? color : [];
  9. this.vertexTangents = [];
  10. this.materialIndex = materialIndex;
  11. this.centroid = new THREE.Vector3();
  12. };
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对象的a,b,c值是三个顶点的索引(后面会说到,Mesh对象中将所有点存储为一个数组);顾名思义normal是法线;color是颜色;materialIndex是顶点材质索引:这几个参数即可以传入vector3类型又可以传入数组类型。
clone(x)方法返回一个新的,具有相同值的对象。
Core::Face4
该函数创建一个四个顶点的面,和Face3几乎一样,略去。
Core::Math
THREE.Math是一个“静态类”,没有构造函数因此也不需要通过new关键字初始化。该类提供一些必要的数学工具。
函数clamp(x,a,b)将x夹在区间[a,b]中。clampBottom(x,a)的作用类似,只不过只夹一边。
函数mapLinear(x,a1,a2,b1,b2)计算出一个值y,使得点(x,y)落在(a1,a2)和(b1,b2)连成的直线上。
  1. mapLinear: function ( x, a1, a2, b1, b2 ) {
  2. return b1 + ( x - a1 ) * ( b2 - b1 ) / ( a2 - a1 );
  3. },
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函数random16(),randInt(low,high),randFloat(low,high),randFloatSpread(range)分别产生[0,1]区间的16位随机浮点数,[low,high]区间随机整数,[low,high]区间随机浮点数,[-range/2,range/2]区间随机浮点数。
函数sigh(x)根据x的符号返回+1或-1。
Core::Clock
该构造函数创建时钟(确切的说是秒表)对象
  1. THREE.Clock = function ( autoStart ) {
  2. this.autoStart = ( autoStart !== undefined ) ? autoStart : true;
  3. this.startTime = 0;
  4. this.oldTime = 0;
  5. this.elapsedTime = 0;
  6. this.running = false;
  7. };
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函数start()和stop()用来开始计时或停止计时。
函数getDelta()返回调用该函数时距离上一次调用该函数时的时间长度,如果是第一次调用该函数,则返回此时距离开始计时时的时间长度。如果autoStart值为真,若在调用getDelta()函数时尚未调用start()函数或者已经调用过stop()函数,则自动开始计时并返回0。如果autoStart()值为假,则在调用start()之前或stop()之后,调用getDelta()返回0。

函数getElapsedTime()返回调用该函数时距离开始计时时的时间。
Core::Color
该构造函数构造一个表示颜色的对象
  1. THREE.Color = function ( hex ) {
  2. if ( hex !== undefined ) this.setHex( hex );
  3. return this;
  4. };
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函数setHex(hex)以十六进制序列设置对象的r,g,b属性。实际上在对象中,最终是以这三个属性存储颜色的。
  1. setHex: function ( hex ) {
  2. hex = Math.floor( hex );
  3. this.r = ( hex >> 16 & 255 ) / 255;
  4. this.g = ( hex >> 8 & 255 ) / 255;
  5. this.b = ( hex & 255 ) / 255;
  6. return this;
  7. },
复制代码
函数setRGB(r,g,b)和setHSV(h,s,v)以RGB值或HSV值设置对象。
函数getHex()返回16进制颜色值。
函数copyGammaToLinear(color),copyLinearToGamma(color)将color的rgb值分别平方或开方,赋给调用者对象。
函数convertGammaToLinear()和convertLinearToGamma()分别对调用者自身的rgb值平方或开放。
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