18.three官方示例+编辑器+AI快速学习webgl_buffergeometry_points_interleaved

发布于：2025-05-13 ⋅ 阅读:(6) ⋅ 点赞:(0)

本实例主要讲解内容

这个Three.js示例展示了如何使用BufferGeometry和Points对象创建高效的粒子系统。通过共享内存缓冲区和交错存储顶点数据，实现了50万个粒子的流畅渲染，并为每个粒子设置基于位置的颜色。

核心技术包括：

  • 使用ArrayBuffer高效存储粒子数据
  • 交错缓冲区(InterleavedBuffer)的应用
  • 顶点颜色的动态计算
  • 大规模粒子系统的性能优化
    在这里插入图片描述

完整代码注释

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
	<head>
		<title>three.js webgl - buffergeometry - particles</title>
		<meta charset="utf-8">
		<meta name="viewport" content="width=device-width, user-scalable=no, minimum-scale=1.0, maximum-scale=1.0">
		<link type="text/css" rel="stylesheet" href="main.css">
	</head>
	<body>

		<div id="container"></div>
		<div id="info"><a href="https://threejs.org" target="_blank" rel="noopener">three.js</a> webgl - buffergeometry - particles</div>

		<script type="importmap">
			{
				"imports": {
					"three": "../build/three.module.js",
					"three/addons/": "./jsm/"
				}
			}
		</script>

		<script type="module">

			import * as THREE from 'three';

			import Stats from 'three/addons/libs/stats.module.js';

			let container, stats;

			let camera, scene, renderer;

			let points;

			init();

			function init() {

				container = document.getElementById( 'container' );

				// 初始化相机
				camera = new THREE.PerspectiveCamera( 27, window.innerWidth / window.innerHeight, 5, 3500 );
				camera.position.z = 2750;

				// 初始化场景
				scene = new THREE.Scene();
				scene.background = new THREE.Color( 0x050505 ); // 设置背景颜色
				scene.fog = new THREE.Fog( 0x050505, 2000, 3500 ); // 添加雾效果

				// 粒子数量
				const particles = 500000;

				// 创建BufferGeometry
				const geometry = new THREE.BufferGeometry();

				// 创建一个共享的ArrayBuffer存储所有粒子数据
				// 每个粒子占用16字节(3个浮点数位置 + 1个RGBA颜色)
				const arrayBuffer = new ArrayBuffer( particles * 16 );

				// 创建不同视图的TypedArray共享同一个ArrayBuffer
				// Float32Array用于位置数据(每4字节一个值)
				// Uint8Array用于颜色数据(每1字节一个值)
				const interleavedFloat32Buffer = new Float32Array( arrayBuffer );
				const interleavedUint8Buffer = new Uint8Array( arrayBuffer );

				// 临时颜色对象
				const color = new THREE.Color();

				// 粒子分布范围
				const n = 1000, n2 = n / 2;

				// 填充粒子数据
				for ( let i = 0; i < interleavedFloat32Buffer.length; i += 4 ) {

					// 位置数据(前12字节，3个Float32值)
					const x = Math.random() * n - n2;
					const y = Math.random() * n - n2;
					const z = Math.random() * n - n2;

					interleavedFloat32Buffer[ i + 0 ] = x;
					interleavedFloat32Buffer[ i + 1 ] = y;
					interleavedFloat32Buffer[ i + 2 ] = z;

					// 颜色数据(后4字节，4个Uint8值，RGBA)
					// 基于位置计算颜色
					const vx = ( x / n ) + 0.5;
					const vy = ( y / n ) + 0.5;
					const vz = ( z / n ) + 0.5;

					// 设置颜色并转换到sRGB空间
					color.setRGB( vx, vy, vz, THREE.SRGBColorSpace );

					// 计算颜色数据在Uint8Array中的偏移量
					// i+3是因为每个粒子的位置数据占3个Float32，颜色从第4个开始
					// 乘以4是因为每个Float32占4个Uint8
					const j = ( i + 3 ) * 4;

					// 存储颜色数据
					interleavedUint8Buffer[ j + 0 ] = color.r * 255;
					interleavedUint8Buffer[ j + 1 ] = color.g * 255;
					interleavedUint8Buffer[ j + 2 ] = color.b * 255;
					interleavedUint8Buffer[ j + 3 ] = 0; // 透明度，这里不需要

				}

				// 创建交错缓冲区
				// 一个用于位置数据(每4个Float32为一组)
				// 一个用于颜色数据(每16个Uint8为一组)
				const interleavedBuffer32 = new THREE.InterleavedBuffer( interleavedFloat32Buffer, 4 );
				const interleavedBuffer8 = new THREE.InterleavedBuffer( interleavedUint8Buffer, 16 );

				// 设置几何体属性
				// position属性：从偏移量0开始，每4个Float32取前3个作为位置
				// color属性：从偏移量12开始(即位置数据之后)，每16个Uint8取前3个作为颜色
				geometry.setAttribute( 'position', new THREE.InterleavedBufferAttribute( interleavedBuffer32, 3, 0, false ) );
				geometry.setAttribute( 'color', new THREE.InterleavedBufferAttribute( interleavedBuffer8, 3, 12, true ) );

				// 创建粒子材质
				const material = new THREE.PointsMaterial( { size: 15, vertexColors: true } );

				// 创建粒子系统
				points = new THREE.Points( geometry, material );
				scene.add( points );

				// 初始化渲染器
				renderer = new THREE.WebGLRenderer();
				renderer.setPixelRatio( window.devicePixelRatio );
				renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
				renderer.setAnimationLoop( animate );

				container.appendChild( renderer.domElement );

				// 添加性能统计
				stats = new Stats();
				container.appendChild( stats.dom );

				// 窗口大小变化事件监听
				window.addEventListener( 'resize', onWindowResize );

			}

			// 窗口大小变化处理函数
			function onWindowResize() {

				camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
				camera.updateProjectionMatrix();

				renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );

			}

			// 动画循环
			function animate() {

				const time = Date.now() * 0.001;

				// 旋转粒子系统
				points.rotation.x = time * 0.25;
				points.rotation.y = time * 0.5;

				// 渲染场景
				renderer.render( scene, camera );

				// 更新性能统计
				stats.update();

			}

		</script>

	</body>
</html>

交错缓冲区与粒子系统技术解析

交错缓冲区(InterleavedBuffer)原理

交错缓冲区是一种优化的顶点数据存储方式，它将不同类型的顶点属性(如位置、颜色、法线等)存储在同一个缓冲区中，而不是为每个属性单独创建缓冲区。这种方式有以下优势：

  1. 内存访问效率更高：GPU可以更高效地访问连续存储的数据
  2. 减少内存碎片：降低内存碎片化程度
  3. 优化缓存利用：提高缓存命中率

在本示例中，我们使用交错缓冲区存储粒子数据：

// 创建一个共享的ArrayBuffer，每个粒子占用16字节
const arrayBuffer = new ArrayBuffer( particles * 16 );

// 创建不同类型的视图
const interleavedFloat32Buffer = new Float32Array( arrayBuffer );
const interleavedUint8Buffer = new Uint8Array( arrayBuffer );

// 设置几何体属性
geometry.setAttribute( 'position', new THREE.InterleavedBufferAttribute( interleavedBuffer32, 3, 0, false ) );
geometry.setAttribute( 'color', new THREE.InterleavedBufferAttribute( interleavedBuffer8, 3, 12, true ) );
高效粒子系统实现

本示例展示了如何高效实现大规模粒子系统：

  1. 使用BufferGeometry：相比普通Geometry，BufferGeometry性能更高
  2. 共享内存缓冲区：使用单个ArrayBuffer存储所有粒子数据
  3. 交错存储数据：位置和颜色数据交错存储
  4. 使用Points对象：专门用于渲染大量点的对象

关键代码：

// 创建粒子材质
const material = new THREE.PointsMaterial( { size: 15, vertexColors: true } );

// 创建粒子系统
points = new THREE.Points( geometry, material );
scene.add( points );
顶点颜色计算

顶点颜色允许为每个粒子指定不同的颜色，通过基于位置计算颜色，我们可以创建出渐变效果：

// 基于位置计算颜色
const vx = ( x / n ) + 0.5;
const vy = ( y / n ) + 0.5;
const vz = ( z / n ) + 0.5;

// 设置颜色并转换到sRGB空间
color.setRGB( vx, vy, vz, THREE.SRGBColorSpace );

// 存储颜色数据
interleavedUint8Buffer[ j + 0 ] = color.r * 255;
interleavedUint8Buffer[ j + 1 ] = color.g * 255;
interleavedUint8Buffer[ j + 2 ] = color.b * 255;
性能优化与应用场景

对于大规模粒子系统的性能优化建议：

  1. 使用交错缓冲区：如本示例所示，提高内存访问效率
  2. 减少属性数量：只包含必要的顶点属性
  3. 批量更新数据：如果需要动态更新粒子，尽量批量更新
  4. 考虑视锥体剔除：对于超出视野的粒子不进行渲染
  5. 使用适当的粒子大小：过大的粒子会增加渲染负担

这种技术适合以下场景：

  • 粒子特效(雨、雪、火、烟等)
  • 数据可视化(点云、星空等)
  • 游戏中的大规模物体
  • 科学模拟(分子结构、星系等)

通过合理使用BufferGeometry和交错缓冲区，我们可以创建出性能高效的大规模粒子系统，同时保持良好的视觉效果。

交流学习： Three.js 场景编辑器 (Vue3 + TypeScript 实现)
https://threelab.cn/threejs-edit/
在这里插入图片描述

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