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用 React Three Fiber 实现 3D 城市模型的扩散光圈特效

ai 2025/7/12 8:01:50

本文介绍了如何使用 React Three Fiber（R3F）和 Three.js 实现一个从中心向外扩散的光圈特效（DiffuseAperture 组件），并将其集成到城市 3D 模型（CityModel 组件）中。该特效通过动态调整圆柱几何体的大小和透明度，模拟出类似水波扩散的视觉效果，可用于增强 3D 场景的交互反馈或氛围营造。我们将从功能原理、实现细节和集成方式三个方面，用通俗易懂的语言讲解技术要点。

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 什么是 “扩散光圈”？

想象一下，当你往平静的湖面扔一颗石子，水波会从落点向四周一圈圈扩散，逐渐变大并消失 —— 我们实现的 “扩散光圈” 就是这个效果的 3D 版本。在 CityModel 城市模型中，这个特效表现为：从城市中心（原点）向外扩散的环形光圈，随着时间推移，光圈半径不断增大，同时逐渐变得透明，最终消失；随后又从中心重新开始扩散，形成循环动画。

这个特效可以为 3D 城市模型增添动态感，比如：

  • 作为场景加载完成的 “开场动画”
  • 作为用户点击城市中心的交互反馈
  • 模拟信号覆盖、能量扩散等业务场景

 核心原理：用 “空心圆柱” 模拟光圈

实现这个特效的核心思路很简单：用一个 “没有上下底的空心圆柱” 作为光圈的载体，通过动态改变它的大小和透明度，让它看起来像在 “扩散消失”。

为什么用圆柱？

  • 圆柱的侧面是环形，天然适合模拟 “光圈”
  • 可以通过缩放控制半径（大小），通过透明度控制可见度
  • 隐藏上下底面后，只剩侧面，视觉上更像 “一圈光”

 实现细节：让光圈 “动” 起来的关键

1. 基础结构：构建空心圆柱

// 核心代码片段：创建圆柱几何体
<cylinderGeometryargs={[initialRadius, // 顶部半径（初始大小）initialRadius, // 底部半径（和顶部相同，保证是正圆）height, // 圆柱高度（光圈的“厚度”，越薄越像2D光圈）64, // 径向分段数（数值越大，光圈边缘越平滑）1, // 高度分段数（固定为1即可）true, // 开口（关键！让圆柱没有上下底，只剩侧面）]}
/>

通俗解释：就像用一张纸条卷成一个空心圆筒，然后把上下两个口剪掉，只剩中间的环形侧面 —— 这就是我们的 “光圈” 雏形。

2. 动态变大：让光圈 “扩散”

光圈的 “扩散” 效果，本质是让圆柱的半径随时间不断增大：

// 核心代码片段：每帧更新半径
useFrame(() => {// 1. 让半径随时间增大（expandSpeed 控制扩散快慢）radiusRef.current += expandSpeed * 0.016;// 用缩放控制大小（x和z轴同时放大，保证是正圆）apertureRef.current.scale.set(radiusRef.current, // x轴缩放1, // y轴不缩放（保持厚度不变）radiusRef.current, // z轴缩放);
});

通俗解释：想象圆筒被吹气球一样慢慢变大，而且是均匀地向四周扩张，就像水波越来越大。这里的 0.016 是为了适配屏幕刷新率（约 60 帧 / 秒），让不同设备上的扩散速度一致。

3. 逐渐消失：让光圈 “淡化”

光扩散的同时会慢慢变淡，通过降低材质的透明度实现：

// 核心代码片段：控制透明度
useFrame(() => {// 2. 让透明度随时间降低（fadeSpeed 控制消失快慢）opacityRef.current -= fadeSpeed * 0.016;material.opacity = Math.max(opacityRef.current, 0); // 透明度不小于0
});

通俗解释：就像用半透明的纸做的圆筒，随着扩散，纸张越来越薄，直到完全看不见。

4. 循环动画：让光圈 “重复扩散”

当光圈扩散到最大范围或完全消失后，需要重置状态重新开始：

// 核心代码片段：重置条件
if (radiusRef.current > maxRadius || opacityRef.current <= 0) {radiusRef.current = initialRadius; // 半径变回初始大小opacityRef.current = 1; // 透明度重置为完全可见
}

通俗解释：这就像设置了一个循环播放的 “水波” 动画，一波消失后，新的一波从中心重新开始扩散。

5. 纹理增强：让光圈更生动（可选）

如果想让光圈有纹路（比如光斑、条纹），可以添加纹理贴图：

// 核心代码片段：添加纹理
if (textureUrl) {const texture = textureLoader.load(textureUrl); // 加载纹理图片materialParams.map = texture; // 应用到材质上
}

通俗解释：就像给圆筒的侧面贴上带花纹的贴纸，让光圈看起来更有细节（比如模拟雷达扫描的波纹）。

光波组件代码（完整）

import { useFrame } from '@react-three/fiber'
import * as THREE from 'three'
import { useRef, useMemo } from 'react'// 扩散光圈组件
export const DiffuseAperture = ({color = ' 0x4C8BF5', // 光圈颜色initialRadius = 0.5, // 初始半径maxRadius = 10, // 最大扩散半径expandSpeed = 2, // 扩散速度（半径增长速率）fadeSpeed = 0.8, // 淡出速度（透明度降低速率）textureUrl, // 侧面纹理贴图URL（可选）height = 1.5, // 从 0.1 增大到 1.5（根据场景比例调整）radialSegments = 128, // 径向分段数（从64增至128，边缘更平滑）heightSegments = 3, // 高度分段数（从1增至3，厚度方向有细节）
}: {color?: stringinitialRadius?: numbermaxRadius?: numberexpandSpeed?: numberfadeSpeed?: numberheight?: numbertextureUrl?: string
}) => {const apertureRef = useRef<THREE.Mesh>(null)const radiusRef = useRef(initialRadius) // 跟踪当前半径const opacityRef = useRef(1) // 跟踪当前透明度// 创建圆柱侧面材质（带纹理支持）const material = useMemo(() => {const textureLoader = new THREE.TextureLoader()const materialParams: THREE.MeshBasicMaterialParameters = {color: new THREE.Color(color),transparent: true, // 启用透明度side: THREE.DoubleSide, // 确保侧面可见}// 若提供纹理URL，加载纹理并应用if (textureUrl) {const texture = textureLoader.load(textureUrl)materialParams.map = texture}return new THREE.MeshBasicMaterial(materialParams)}, [color, textureUrl])// 每帧更新圆柱状态（半径增大+透明度降低）useFrame(() => {if (!apertureRef.current) return// 1. 更新半径（逐渐增大）radiusRef.current += expandSpeed * 0.016 // 基于帧率的平滑增长apertureRef.current.scale.set(radiusRef.current, // X轴缩放（控制半径）1, // Y轴不缩放（保持高度）radiusRef.current, // Z轴缩放（控制半径）)// 2. 更新透明度（逐渐降低）opacityRef.current -= fadeSpeed * 0.016material.opacity = Math.max(opacityRef.current, 0) // 不小于0// 3. 当完全透明或超出最大半径时，重置状态（循环扩散）if (radiusRef.current > maxRadius || opacityRef.current <= 0) {radiusRef.current = initialRadiusopacityRef.current = 1}})return (<mesh ref={apertureRef}>{/* 圆柱几何体：顶面和底面隐藏，仅保留侧面 */}<cylinderGeometryargs={[initialRadius, // 顶部半径initialRadius, // 底部半径（与顶部相同，确保是正圆柱）height, // 圆柱高度（厚度）64, // 径向分段数（越高越平滑）1, // 高度分段数true, // 开口（无顶面和底面）]}/><primitive object={material} /></mesh>)
}

集成到城市模型：让特效 “服务于场景”

我们的扩散光圈不是孤立存在的，需要和城市模型（CityModel 组件）配合使用，才能发挥最大效果： 

1. 位置对齐：让光圈从城市中心扩散

// 在 CityModel 组件中使用 DiffuseAperture
return (<>{/* 城市模型（已居中到原点） */}<primitive object={scene} ref={modelRef} />{/* 扩散光圈：放在城市中心 */}<DiffuseAperturecolor="#4C8BF5"initialRadius={0.5}maxRadius={20} // 扩散范围适配城市大小rotation={[Math.PI/2, 0, 0]} // 旋转90度，让光圈与地面平行/></>
);

关键细节：城市模型通过 modelRef.current.position.sub(center) 已居中到原点（0,0,0），光圈默认也在原点，因此能从城市中心开始扩散。rotation 是为了让光圈 “躺平” 在地面上（默认是直立的）。

2. 参数适配：让特效和场景协调

参数作用适配城市模型的建议值
maxRadius光圈最大扩散范围设为城市宽度的 1.5 倍
height光圈厚度0.05-0.1（薄一点更自然）
expandSpeed扩散速度2-3（太快看不清，太慢拖沓）
color光圈颜色与城市主色调对比（如蓝色）

3. 增强体验：多光圈叠加

通过同时渲染多个参数不同的光圈，可以形成更丰富的效果：

// 多光圈叠加示例
<><DiffuseAperture color="#ff6b3b" maxRadius={15} /><DiffuseAperture color="#ffc154" maxRadius={25} expandSpeed={2.5} /><DiffuseAperture color="#609bdf" maxRadius={35} expandSpeed={3} />
</>

效果：就像同时往水里扔三颗石子，形成的水波一圈套一圈，颜色从内到外渐变（红→黄→蓝），增强层次感。

 完整组件引用代码

注释掉的部分是模型的点击高亮，现在为了演示效果，默认是初始化高亮的

import { useGLTF } from '@react-three/drei'
import { useThree } from '@react-three/fiber'
import { useEffect, useRef } from 'react'
import * as THREE from 'three'
import { useModelManager } from '../../../utils/viewHelper/viewContext'
import { DiffuseAperture } from '../../WaveEffect'export const CityModel = ({ url }: { url: string }) => {const { scene } = useGLTF(url)const modelRef = useRef<THREE.Group>(null)const helper = useModelManager()const { camera } = useThree()// const raycaster = useRef(new THREE.Raycaster())// const pointer = useRef(new THREE.Vector2())const highlightedMeshRef = useRef<THREE.Mesh[]>([])// 存储所有创建的边缘线对象const edgeLines = useRef<Map<string, THREE.LineSegments>>(new Map())// 添加边缘高亮效果const addHighlight = (object: THREE.Mesh) => {if (!object.geometry) return// 创建边缘几何体const geometry = new THREE.EdgesGeometry(object.geometry)// 创建边缘线材质const material = new THREE.LineBasicMaterial({color: 0x4c8bf5, // 蓝色边缘linewidth: 2, // 线宽})// 创建边缘线对象const line = new THREE.LineSegments(geometry, material)line.name = 'surroundLine'// 复制原始网格的变换line.position.copy(object.position)line.rotation.copy(object.rotation)line.scale.copy(object.scale)// 设置为模型的子对象，确保跟随模型变换object.add(line)edgeLines.current.set(object.uuid, line)}// 移除边缘高亮效果const removeHighlight = (object: THREE.Mesh) => {const line = edgeLines.current.get(object.uuid)if (line && object.children.includes(line)) {object.remove(line)}edgeLines.current.delete(object.uuid)}// 处理左键点击事件// const handleClick = (event: MouseEvent) => {//   // 仅响应左键点击（排除右键/中键/滚轮）//   if (event.button !== 0) return//   // 计算点击位置的标准化设备坐标//   pointer.current.x = (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1//   pointer.current.y = -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1//   // 执行射线检测，判断点击目标//   detectClickedMesh()// }// 检测点击的Mesh并切换高亮状态// const detectClickedMesh = () => {//   if (!modelRef.current) return//   // 更新射线（从相机到点击位置）//   raycaster.current.setFromCamera(pointer.current, camera)//   // 检测与模型的交点（递归检测所有子Mesh）//   const intersects = raycaster.current.intersectObject(modelRef.current, true)//   if (intersects.length > 0) {//     const clickedObject = intersects[0].object as THREE.Mesh//     // 仅处理标记为可交互的Mesh//     if (//       clickedObject instanceof THREE.Mesh &&//       clickedObject.userData.interactive//     ) {//       // 切换高亮状态：点击已高亮的Mesh则取消，否则高亮新Mesh//       if (highlightedMeshRef.current?.includes(clickedObject)) {//         console.log('取消高亮', clickedObject.name)//         // 移除边框高亮//         removeHighlight(clickedObject)//         const newHighlighted = highlightedMeshRef.current.filter(//           (m) => m.name !== clickedObject.name,//         )//         highlightedMeshRef.current = [...newHighlighted]//       } else {//         console.log('高亮', clickedObject.name)//         // 添加边框高亮//         addHighlight(clickedObject)//         highlightedMeshRef.current = [//           ...highlightedMeshRef.current,//           clickedObject,//         ]//       }//     }//   }// }// 模型加载后初始化useEffect(() => {if (!modelRef.current) returnaddModel()const box = new THREE.Box3().setFromObject(modelRef.current)const center = new THREE.Vector3()box.getCenter(center)const size = new THREE.Vector3()box.getSize(size)// 2. 将模型中心移到世界原点（居中）modelRef.current.position.sub(new THREE.Vector3(center.x, 0, center.z)) // 反向移动模型，使其中心对齐原点const maxDim = Math.max(size.x, size.y, size.z)const fov = 100const cameraZ = Math.abs(maxDim / 2 / Math.tan((Math.PI * fov) / 360))camera.position.set(0, maxDim * 0.3, cameraZ * 1)camera.lookAt(0, 0, 0)// 遍历模型设置通用属性并标记可交互modelRef.current.traverse((child) => {if (child instanceof THREE.Mesh) {child.castShadow = truechild.receiveShadow = truechild.material.transparent = true// 标记为可交互（后续可通过此属性过滤）child.userData.interactive = truechild.material.color.setStyle('#040912')addHighlight(child)// 保存原始材质（用于后续恢复或高亮逻辑）if (!child.userData.baseMaterial) {child.userData.baseMaterial = child.material // 存储原始材质}}})// 绑定点击事件监听// window.addEventListener('click', handleClick)// 组件卸载时清理return () => {// window.removeEventListener('click', handleClick)// 移除所有高亮边缘线highlightedMeshRef.current.forEach((mesh) => {removeHighlight(mesh)})edgeLines.current.clear()highlightedMeshRef.current = []}}, [modelRef.current])// 添加模型到管理器const addModel = () => {if (modelRef.current) {helper.addModel({id: '模型1',name: '模型1',url: url,model: modelRef.current,})}}return (<><primitive object={scene} ref={modelRef} />{/* 扩散光圈：位于模型中心，与模型平面平行 */}{/* 内层光圈：暖红色系，扩散范围最小，亮度最高 */}<DiffuseAperturecolor="#ff6b3b" // 内层暖红（鲜艳）initialRadius={0.1}maxRadius={15} // 最小扩散范围expandSpeed={2} // 中等扩散速度fadeSpeed={0.6} // 较慢淡出（停留更久）height={0.08}/>{/* 中层光圈：橙黄色系，衔接内外层 */}<DiffuseAperturecolor="#ffc154" // 中层橙黄（过渡色）initialRadius={0.2}maxRadius={20} // 中等扩散范围expandSpeed={2.5} // 稍快于内层fadeSpeed={0.7} // 中等淡出速度height={0.06}/>{/* 外层光圈：蓝紫色系，扩散范围最大，亮度最低 */}<DiffuseAperturecolor="#609bdf" // 外层浅蓝（冷色）initialRadius={0.3}maxRadius={25} // 最大扩散范围expandSpeed={3} // 最快扩散速度fadeSpeed={0.8} // 最快淡出（快速消失）height={0.04}/></>)
}

 总结：技术点与应用场景

这个扩散光圈特效的核心是 “动态变化”—— 通过 React Three Fiber 的 useFrame 实现每一帧的更新，用 Three.js 的圆柱几何体和材质属性控制视觉表现。它的优势在于：

  1. 性能友好：只用一个简单的圆柱几何体，避免复杂计算
  2. 易于控制：通过参数可轻松调整大小、速度、颜色
  3. 场景适配：旋转和位置调整可适配任何 3D 模型

在 CityModel 中，这个特效可用于：

  • 城市加载完成的 “开场动画”
  • 用户点击城市中心的 “交互反馈”
  • 模拟信号覆盖、能量扩散等业务场景

通过这个小功能，我们可以感受到 3D 特效的魅力 —— 看似复杂的视觉效果，往往是由简单的几何变换和动态更新组合而成。

http://www.xdnf.cn/news/15048.html

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