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拾取 指代推断用户点击或触碰了哪个对象的过程。有很多方式实现拾取，但是，每一种都有相应的成本，使用时需有所取舍。下面是最常用的两种方式： 射线追踪法（raycasting）很可能是最常用的方法，其基本原理是：从鼠标处发射一条射线，穿透场景的视椎体，通过计算，找出视锥体中哪些对象与射线相交。 首先，获取鼠标的屏幕坐标.其次，对其应用摄像机的投影和方向的矩阵变换，得到其在世界空间的坐标。然后，计算出一条射线，从视锥体的近端平面射向远端平面。再然后，对于场景中每一个对象的每一个三角，检查其是否与射线相交。假设你的场景中有1000个对象，每个对象有1000个三角，那么就需要检查一百万个三角。 对此，可以做一些优化，先检查对象的包围球或包围盒是否与射线相交，包围球或包围盒是指包含整个对象的球体或者立方体，如果射线未相交，就不需要检查组成该对象的三角们了。 THREE.js 提供了 RayCaster 类来做这些事情。 接下来，让我们先创建一个包含100个对象的场景，然后试着去拾取这些对象。可以从样例threejs-响应式开始。 改动一些代码 使摄像机成为一个对象的子元素，旋转这个对象时，摄像机会像绑定在自拍杆上一样，在场景中游弋。 *const fov = 60; const aspect = 2; // 画布默认纵横比为2 const near = 0.1; *const far = 200; const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far); *camera.position.z = 30; const scene = new THREE.Scene(); +scene.background = new THREE.Color('white'); +// 把摄像机放到自拍杆上 (把它添加为一个对象的子元素) +// 如此，我们就能通过旋转自拍杆，来移动摄像机 +const cameraPole = new THREE.Object3D(); +scene.add(cameraPole); +cameraPole.add(camera);在 render 函数中旋转摄像机端点。 cameraPole.rotation.y = time * .1;把光源也绑定到摄像机上，这样光源就会随着摄像机移动。 -scene.add(light); +camera.add(light);生成100个立方体，每个立方体的颜色，位置，朝向，缩放都随机。 const boxWidth = 1; const boxHeight = 1; const boxDepth = 1; const geometry = new THREE.BoxGeometry(boxWidth, boxHeight, boxDepth); function rand(min, max) { if (max === undefined) { max = min; min = 0; } return min + (max - min) * Math.random(); } function randomColor() { return `hsl(${rand(360) | 0}, ${rand(50, 100) | 0}%, 50%)`; } const numObjects = 100; for (let i = 0; i < numObjects; ++i) { const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: randomColor(), }); const cube = new THREE.Mesh(geometry, material); scene.add(cube); cube.position.set(rand(-20, 20), rand(-20, 20), rand(-20, 20)); cube.rotation.set(rand(Math.PI), rand(Math.PI), 0); cube.scale.set(rand(3, 6), rand(3, 6), rand(3, 6)); }最后，让我们来完成拾取功能。 写一个简单的类来管理拾取操作 class PickHelper { constructor() { this.raycaster = new THREE.Raycaster(); this.pickedObject = null; this.pickedObjectSavedColor = 0; } pick(normalizedPosition, scene, camera, time) { // 恢复上一个被拾取对象的颜色 if (this.pickedObject) { this.pickedObject.material.emissive.setHex(this.pickedObjectSavedColor); this.pickedObject = undefined; } // 发出射线 this.raycaster.setFromCamera(normalizedPosition, camera); // 获取与射线相交的对象 const intersectedObjects = this.raycaster.intersectObjects(scene.children); if (intersectedObjects.length) { // 找到第一个对象，它是离鼠标最近的对象 this.pickedObject = intersectedObjects[0].object; // 保存它的颜色 this.pickedObjectSavedColor = this.pickedObject.material.emissive.getHex(); // 设置它的发光为 黄色/红色闪烁 this.pickedObject.material.emissive.setHex((time * 8) % 2 > 1 ? 0xFFFF00 : 0xFF0000); } } }可以看到，我们创建了一个 RayCaster 实例，调用该实例的 pick 方法可以在场景中发出一条射线。如果，射线有撞击到场景中的物体，修改撞击到的第一个物体的颜色。 当然，也可以在用户点击鼠标时，调用这个方法，这恐怕是最常见的应用场景。但是，在本范例中，不管在鼠标下方是什么，在每一帧中都会进行拾取操作,为此，需要跟踪鼠标的位置。 const pickPosition = {x: 0, y: 0}; clearPickPosition(); ... function getCanvasRelativePosition(event) { const rect = canvas.getBoundingClientRect(); return { x: (event.clientX - rect.left) * canvas.width / rect.width, y: (event.clientY - rect.top ) * canvas.height / rect.height, }; } function setPickPosition(event) { const pos = getCanvasRelativePosition(event); pickPosition.x = (pos.x / canvas.width ) * 2 - 1; pickPosition.y = (pos.y / canvas.height) * -2 + 1; // note we flip Y } function clearPickPosition() { // 对于触屏，不像鼠标总是能有一个位置坐标， // 如果用户不在触摸屏幕，我们希望停止拾取操作。 // 因此，我们选取一个特别的值，表明什么都没选中 pickPosition.x = -100000; pickPosition.y = -100000; } window.addEventListener('mousemove', setPickPosition); window.addEventListener('mouseout', clearPickPosition); window.addEventListener('mouseleave', clearPickPosition);需要注意的是，我们记录了归一化的鼠标位置。无论画布的尺寸，我们需要一个从左到右，落入区间（-1，1）的值，类似的，也需要一个从下到上，落入区间（-1，1）的值。 完成以后，我们再添加对移动端的支持： window.addEventListener('touchstart', (event) => { // 阻止窗口滚动行为 event.preventDefault(); setPickPosition(event.touches[0]); }, {passive: false}); window.addEventListener('touchmove', (event) => { setPickPosition(event.touches[0]); }); window.addEventListener('touchend', clearPickPosition);最终，在 render 方法中，我们调用了 PickHelper 的 pick 方法 +const pickHelper = new PickHelper(); function render(time) { time *= 0.001; //将毫秒单位转换为秒单位; ... + pickHelper.pick(pickPosition, scene, camera, time); renderer.render(scene, camera); ...这是最终结果 点击此处在新标签页中打开这种方式看起来效果不错，而且能处理很多用户场景，但是也存在几个问题： 这是基于CPU运算的 Javascript遍历每一个对象，检查其包围盒或包围球是否与射线相交，如果相交，它必须遍历组成该对象的每一个三角，检查它们是否与射线相交。好处是，JavaScript能够很容易计算出射线在哪里与三角相交，并为我们提供相关数据。举个例子，如果你想要在相交的位置放置一个标记。缺点是，CPU要做大量的工作,当你的对象由大量的三角组成时，这个过程会有些慢。 它无法处理一些奇怪的着色器或者位移 如果，你有一个变形或者拟态几何形状的着色器，Javascript无法理解这个变形，它会给出错误的答案。举例：据我所知，你不能对有皮肤的对象使用这种方式。 无法处理透明的孔洞 举个例子，为立方体应用这个纹理改动代码如下： +const loader = new THREE.TextureLoader(); +const texture = loader.load('resources/images/frame.png'); const numObjects = 100; for (let i = 0; i < numObjects; ++i) { const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: randomColor(), +map: texture, +transparent: true, +side: THREE.DoubleSide, +alphaTest: 0.1, }); const cube = new THREE.Mesh(geometry, material); scene.add(cube); ...运行后，你就能看到问题所在。 点击此处在新标签页中打开试着透过盒子拾取一些物体，但是你无法做到 这是因为 JavaScript 无法通过简单的查看纹理和材质，就推测出你的对象是否存在一部分是透明的或者不透明。 对于这些问题的解决方案，就是使用基于GPU的拾取方法。可惜，该方法概念上简单，但是相比于射线追踪法，用起来就复杂了。 为了完成GPU拾取，对每一个对象使用唯一的颜色进行离屏渲染。然后，检查鼠标位置关联的像素的颜色。这个颜色就能告诉我们哪个对象被选中。 这能解决上面的问题2，3。至于问题1的速度问题，这取决于业务场景。每个对象会被绘制两次，一次用于观看，一次用于拾取。也许存在开脑洞的解决方案，可以只绘制一次就完成查看和拾取，此处我们不会尝试。 但是有一件事值得去做，因为拾取时我们只需读取1px，所以我们可以设置摄像机，只绘制1px，通过 PerspectiveCamera.setViewOffset 方法，可以告诉THREE.js 计算出一个摄像机 只呈现一个大矩形的一个很小的部分。这应该能节省一些运行时间。 此时，要在THREE.js中实现这种拾取方式，需要创建两个场景。一个使用正常的网格对象填充。另外一个使用“拾取材质”的网格对象填充。 因此，首先创建第二个场景，并将其清理为黑色背景。 const scene = new THREE.Scene(); scene.background = new THREE.Color('white'); const pickingScene = new THREE.Scene(); pickingScene.background = new THREE.Color(0);然后，对于在主场景中的每一个立方体，在 pickingScene 中，在同样的位置，创建一个与原立方体相似的，相关联的“可拾取立方体”，用对象的id生成颜色值，去设置对象的材质。 const idToObject = {}; +const numObjects = 100; for (let i = 0; i < numObjects; ++i) { + const id = i + 1; const material = new THREE.MeshPhongMaterial({ color: randomColor(), map: texture, transparent: true, side: THREE.DoubleSide, alphaTest: 0.1, }); const cube = new THREE.Mesh(geometry, material); scene.add(cube); + idToObject[id] = cube; cube.position.set(rand(-20, 20), rand(-20, 20), rand(-20, 20)); cube.rotation.set(rand(Math.PI), rand(Math.PI), 0); cube.scale.set(rand(3, 6), rand(3, 6), rand(3, 6)); + const pickingMaterial = new THREE.MeshPhongMaterial({ + emissive: new THREE.Color().setHex(id, THREE.NoColorSpace), + color: new THREE.Color(0, 0, 0), + specular: new THREE.Color(0, 0, 0), + map: texture, + transparent: true, + side: THREE.DoubleSide, + alphaTest: 0.5, + blending: THREE.NoBlending, + }); + const pickingCube = new THREE.Mesh(geometry, pickingMaterial); + pickingScene.add(pickingCube); + pickingCube.position.copy(cube.position); + pickingCube.rotation.copy(cube.rotation); + pickingCube.scale.copy(cube.scale); }注意到，此时，我们利用 MeshPhongMaterial 创建材质，使用id生成颜色，设置到它的emissive属性，color 和 specular属性设置为0，设置 alphaTest 属性，只渲染纹理的alpha值大于该属性值的部分，还需要将blending 设置为 NoBlending，这样alpha通道不会作用到id生成色 注意到，利用 MeshPhongMaterial 可能并不是最优的解决方案，因为，在绘制拾取场景时，仍然需要计算所有的光线，尽管我们不需要这些计算。一个更优的方案是使用自定义的着色器，只为纹理alpha值大于 alphaTest 属性值的部分，输出id生成色 由于我们是从像素点拾取，而不是射线追踪，只需将代码修改为使用像素拾取方式，获取拾取位置。 function setPickPosition(event) { const pos = getCanvasRelativePosition(event); - pickPosition.x = (pos.x / canvas.clientWidth ) * 2 - 1; - pickPosition.y = (pos.y / canvas.clientHeight) * -2 + 1; // 注意，翻转了y轴 + pickPosition.x = pos.x; + pickPosition.y = pos.y; }首先，我们将 PickHelper 修改为 GPUPickHelper。这里使用了 WebGLRenderTarget，如同我们在 多个渲染目标中介绍的一样，此处，我们的渲染目标只有1像素的尺寸，1×1。 -class PickHelper { +class GPUPickHelper { constructor() { - this.raycaster = new THREE.Raycaster(); + // 创建一个1px的渲染目标 + this.pickingTexture = new THREE.WebGLRenderTarget(1, 1); + this.pixelBuffer = new Uint8Array(4); this.pickedObject = null; this.pickedObjectSavedColor = 0; } pick(cssPosition, scene, camera, time) { + const {pickingTexture, pixelBuffer} = this; // 如果已经存在拾取的对象，将其颜色恢复 if (this.pickedObject) { this.pickedObject.material.emissive.setHex(this.pickedObjectSavedColor); this.pickedObject = undefined; } + // 设置视野偏移来表现鼠标下的1px + const pixelRatio = renderer.getPixelRatio(); + camera.setViewOffset( + renderer.getContext().drawingBufferWidth, // 全宽 + renderer.getContext().drawingBufferHeight, // 全高 + cssPosition.x * pixelRatio | 0, // rect x + cssPosition.y * pixelRatio | 0, // rect y + 1, // rect width + 1, // rect height + ); + // 渲染场景 + renderer.setRenderTarget(pickingTexture) + renderer.render(scene, camera); + renderer.setRenderTarget(null); + + // 清理视野偏移，回归正常 + camera.clearViewOffset(); + // 读取像素 + renderer.readRenderTargetPixels( + pickingTexture, + 0, // x + 0, // y + 1, // width + 1, // height + pixelBuffer); + + const id = + (pixelBuffer[0] |
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