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第三章 Vue3 + Three.js 实战：用 OrbitControls 实现相机交互与 3D 立方体展示

ai 2025/8/30 6:50:41

上一章中，介绍的是通过监听鼠标事件，控制3D立方体。本文结合官方控制器 OrbitControls，实现 “控制相机观察 3D 立方体” 的功能，涵盖场景搭建、光照配置、交互优化等核心知识点。

一、效果预览与核心功能

最终交互效果

  • 左键拖拽：旋转相机，从不同角度观察立方体
  • 鼠标滚轮：缩放相机，拉近 / 拉远与立方体的距离
  • 右键拖拽 / Shift + 左键：平移相机，改变观察位置
  • 阻尼惯性：操作结束后相机仍有轻微惯性，交互更流畅
  • 自适应窗口：窗口缩放时，3D 场景自动调整比例，无变形

技术栈选型

技术 / 工具作用说明
Vue3（<script setup>）组件化开发，简化语法
Three.js构建 3D 场景、物体与光照
OrbitControlsThree.js 官方相机控制器，实现拖拽 / 缩放 / 平移

二、前置知识储备

在开始前，建议掌握以下基础：

  1. Vue3 核心语法：ref响应式、生命周期钩子（onMounted/onUnmounted）
  2. Three.js 三要素：场景（Scene）、相机（Camera）、渲染器（Renderer）
  3. OrbitControls 基础概念：官方为简化相机交互开发的控制器，无需手动写鼠标事件

若对 Three.js 基础不熟悉，可先理解核心逻辑：场景是 “舞台”，相机是 “观众视角”，渲染器是 “画布”，三者结合才能显示 3D 内容。

三、完整实现步骤

1. 项目初始化与依赖安装

首先确保 Vue3 项目已创建（若未创建，执行npm create vue@latest初始化，选择<script setup>语法），然后安装 Three.js：

npm install three

OrbitControls 无需额外安装，Three.js 已内置在three/addons/controls/目录中，直接导入即可。

2. 组件完整代码（带详细注释）

创建CameraControlCube.vue组件，代码如下，每一步都附带核心逻辑说明：

<template><!-- 3D场景容器：通过ref获取DOM，用于挂载Three.js渲染器 --><div class="three-container" ref="container"></div>
</template><script setup>
// 1. 导入依赖：Vue生命周期、Three.js核心、OrbitControls
import { onMounted, ref, onUnmounted } from 'vue';
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';// 2. 响应式引用：获取3D容器DOM元素
const container = ref(null);// 3. 声明全局变量：存储Three.js核心对象（避免函数内重复创建）
let scene, camera, renderer, cube, controls, animationId;// 4. 组件挂载时初始化3D场景（页面加载完成后执行）
onMounted(() => {initScene();       // 初始化场景（舞台）initCamera();      // 初始化相机（视角）initRenderer();    // 初始化渲染器（画布）initObject();      // 初始化3D物体（立方体）initLight();       // 初始化光照（避免物体漆黑）initControls();    // 初始化OrbitControls（相机交互）startAnimation();  // 启动动画循环（持续渲染）// 监听窗口缩放，适配场景window.addEventListener('resize', handleResize);
});// 5. 组件卸载时清理资源（防止内存泄漏）
onUnmounted(() => {cancelAnimationFrame(animationId); // 取消动画循环window.removeEventListener('resize', handleResize); // 移除窗口监听controls.dispose(); // 释放控制器资源renderer.dispose(); // 释放渲染器资源
});/*** 6. 初始化场景：创建3D“舞台”，承载所有元素*/
const initScene = () => {scene = new THREE.Scene();// 设置场景背景色（浅灰色，十六进制表示，0xf0f0f0对应RGB(240,240,240)）scene.background = new THREE.Color(0xf0f0f0);
};/*** 7. 初始化相机：定义“观众视角”，决定能看到场景的哪些部分*/
const initCamera = () => {// 获取容器宽高（确保相机比例与容器一致，避免物体变形）const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// 创建透视相机（模拟人眼视角，近大远小，适合3D场景）camera = new THREE.PerspectiveCamera(75,                // 视野角度（FOV）：单位度，值越小视角越窄clientWidth / clientHeight, // 宽高比：必须与容器一致0.1,               // 近裁剪面：距离相机小于此值的物体不渲染1000               // 远裁剪面：距离相机大于此值的物体不渲染);// 设置相机初始位置（x:5, y:5, z:5）：从斜上方观察立方体camera.position.set(5, 5, 5);// 让相机始终“看向”立方体中心（默认原点(0,0,0)）camera.lookAt(0, 0, 0);
};/*** 8. 初始化渲染器：将3D场景“画”到浏览器画布上*/
const initRenderer = () => {const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// 创建WebGL渲染器，开启抗锯齿（让立方体边缘更平滑，避免锯齿感）renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });// 设置渲染器尺寸（与容器宽高一致，全屏显示）renderer.setSize(clientWidth, clientHeight);// 将渲染器生成的Canvas元素添加到Vue容器中（否则场景无法显示）container.value.appendChild(renderer.domElement);
};/*** 9. 初始化3D物体：创建可观察的立方体*/
const initObject = () => {// ① 几何体：定义立方体的“形状”（参数：宽、高、深，均为2）const geometry = new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2);// ② 材质：定义立方体的“外观”（Phong材质，支持高光效果，更有3D质感）const material = new THREE.MeshPhongMaterial({color: 0xff0000,    // 物体颜色（红色，十六进制0xff0000）shininess: 100,     // 高光强度：值越大，高光区域越亮、范围越小});// ③ 网格：结合几何体和材质，生成可渲染的3D物体cube = new THREE.Mesh(geometry, material);// ④ 将立方体添加到场景中（否则不显示）scene.add(cube);
};/*** 10. 初始化光照：Three.js中物体默认不发光，需手动添加光源*/
const initLight = () => {// ① 环境光：均匀照亮整个场景，避免局部过暗（柔和补光，无方向）const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.3);scene.add(ambientLight);// ② 平行光：模拟太阳光，有方向，产生明暗对比（增强立方体立体感）const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);directionalLight.position.set(10, 10, 10); // 光源位置（斜上方）scene.add(directionalLight);// ③ 点光源：模拟灯泡，向四周发散光（增加立方体局部高光，更真实）const pointLight = new THREE.PointLight(0xffff00, 0.5);pointLight.position.set(-5, 5, -5); // 光源位置（左上方）scene.add(pointLight);
};/*** 11. 初始化OrbitControls：实现相机交互的核心（重点配置）*/
const initControls = () => {// 创建控制器实例：参数1=要控制的相机，参数2=渲染器的Canvas元素（用于监听鼠标事件）controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);// -------------------------- 核心交互配置 --------------------------controls.enableRotate = true;  // 允许旋转（左键拖拽）controls.enableZoom = true;    // 允许缩放（鼠标滚轮）controls.enablePan = true;     // 允许平移（右键拖拽/Shift+左键）// -------------------------- 速度配置 --------------------------controls.rotateSpeed = 0.5;    // 旋转速度：值越大，拖拽时旋转越快controls.zoomSpeed = 0.7;      // 缩放速度：值越大，滚轮缩放越快controls.panSpeed = 0.5;       // 平移速度：值越大，拖拽平移越快// -------------------------- 阻尼与边界配置 --------------------------controls.enableDamping = true; // 启用阻尼效果（操作结束后有惯性，更流畅）controls.dampingFactor = 0.05; // 阻尼系数：值越小，惯性越明显（0~1）// 限制垂直旋转范围（防止相机“翻转”到立方体下方，视角更合理）controls.minPolarAngle = 0;    // 最小垂直角度（0弧度，水平视角）controls.maxPolarAngle = Math.PI; // 最大垂直角度（π弧度，俯视视角）// 限制水平旋转范围（默认无限制，可根据需求调整）controls.minAzimuthAngle = -Infinity; // 最小水平角度controls.maxAzimuthAngle = Infinity;  // 最大水平角度// -------------------------- 事件监听 --------------------------// 监听控制器变化（调试用，可查看相机实时位置）controls.addEventListener('change', () => {console.log('相机位置:', {x: camera.position.x.toFixed(2), // 保留2位小数y: camera.position.y.toFixed(2),z: camera.position.z.toFixed(2),});});
};/*** 12. 启动动画循环：持续渲染场景（Three.js动效的核心）*/
const startAnimation = () => {// 递归调用：浏览器刷新一帧就执行一次（默认60帧/秒）const animate = () => {animationId = requestAnimationFrame(animate); // 记录动画ID，用于后续取消// 让立方体缓慢自转（增强3D效果感知，可根据需求删除）cube.rotation.x += 0.005; // 绕X轴旋转（上下翻转方向）cube.rotation.y += 0.005; // 绕Y轴旋转（左右旋转方向）// 关键：更新控制器状态（启用阻尼后必须调用，否则惯性效果无效）controls.update();// 渲染场景：将“舞台”（scene）通过“视角”（camera）画到“画布”（renderer）上renderer.render(scene, camera);};animate(); // 启动循环
};/*** 13. 窗口缩放处理：适配场景尺寸，避免变形*/
const handleResize = () => {const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// ① 更新相机宽高比（确保与容器一致）camera.aspect = clientWidth / clientHeight;camera.updateProjectionMatrix(); // 必须更新相机投影矩阵，否则配置不生效// ② 更新渲染器尺寸（与容器一致）renderer.setSize(clientWidth, clientHeight);
};
</script><style scoped>
/* 14. 容器样式：全屏显示，隐藏滚动条 */
.three-container {width: 100vw;    /* 占满屏幕宽度 */height: 100vh;   /* 占满屏幕高度 */overflow: hidden; /* 隐藏溢出内容，避免滚动条 */
}
</style>

四、核心逻辑深度解析

1. OrbitControls 配置详解（交互核心）

OrbitControls 的配置直接决定用户体验，重点参数说明：

参数作用与取值建议
enableRotate是否允许旋转（默认 true），关闭后左键拖拽无效
enableZoom是否允许缩放（默认 true），关闭后滚轮无效
enablePan是否允许平移（默认 true），关闭后右键拖拽无效
rotateSpeed旋转速度（0.1~2），建议 0.5~1，过快易眩晕
enableDamping阻尼效果（默认 false），开启后操作更流畅
dampingFactor阻尼系数（0.01~0.1），建议 0.05，平衡流畅度与响应速度
minPolarAngle/maxPolarAngle垂直旋转范围（0~π 弧度），限制为 0~π 可避免视角翻转

2. 动画循环的必要性

代码中startAnimation函数通过requestAnimationFrame实现递归调用，核心作用：

  • 持续渲染场景：即使物体不自动旋转，OrbitControls 的阻尼效果也需要每帧更新状态；
  • 处理动态效果：如立方体自转、相机位置变化等，确保动效流畅；
  • 同步浏览器刷新：requestAnimationFrame会与浏览器刷新率同步（默认 60 帧 / 秒），避免卡顿。

3. 资源清理的重要性

在onUnmounted中清理资源，避免内存泄漏：

  • cancelAnimationFrame(animationId)：停止动画循环，避免组件卸载后仍占用 CPU；
  • controls.dispose()：释放控制器监听的鼠标事件，避免事件冲突；
  • renderer.dispose()：释放 WebGL 渲染器占用的 GPU 资源，尤其在多 3D 组件场景中关键。

五、常见问题与解决方案

1. 问题 1：OrbitControls 拖拽无反应？

  • 原因 1：未调用controls.update()，阻尼效果启用后必须在动画循环中更新控制器；
  • 原因 2：渲染器 Canvas 元素未正确挂载到 DOM，导致控制器无法监听鼠标事件；
  • 解决：确保controls.update()在animate函数中调用，且renderer.domElement已添加到 Vue 容器。

2. 问题 2：窗口缩放后立方体变形？

  • 原因：未更新相机宽高比和渲染器尺寸；
  • 解决：在handleResize中调用camera.updateProjectionMatrix()（更新相机投影）和renderer.setSize()（更新渲染器尺寸）。

3. 问题 3：立方体是黑色的？

  • 原因：未添加光源，或光源强度不足；
  • 解决：确保initLight()函数被调用，且至少添加AmbientLight（环境光）和DirectionalLight（平行光），可适当提高光源强度（如ambientLight的强度设为 0.5）。

4. 问题 4：组件卸载后控制台报错？

  • 原因：未清理动画循环或事件监听，导致组件卸载后仍执行渲染；
  • 解决：在onUnmounted中完整清理animationId、事件监听和 Three.js 资源。

六、扩展与进阶方向

掌握基础相机交互后，可尝试以下进阶功能：

  1. 限制相机距离：通过controls.minDistance和controls.maxDistance限制相机与立方体的最小 / 最大距离，避免过度缩放；
  2. 添加碰撞检测：结合THREE.Raycaster实现 “相机不穿透立方体”，增强真实感；
  3. 加载外部模型：用GLTFLoader加载 Blender 等工具制作的 3D 模型（如汽车、人物），替代立方体；
  4. 添加纹理贴图：用THREE.TextureLoader给立方体贴上图片（如木纹、金属纹理），更贴近真实场景；
  5. 多相机切换：实现 “自由视角”“顶视视角”“侧视视角” 一键切换，满足复杂场景需求。

七、总结

本文通过 Vue3 + Three.js + OrbitControls 实现了 “相机交互观察 3D 立方体”，核心思路是：

  1. 搭建 Three.js 基础场景（场景、相机、渲染器）；
  2. 用 OrbitControls 简化相机交互，配置旋转、缩放、平移等功能；
  3. 通过动画循环持续更新场景状态，确保交互流畅；
  4. 组件卸载时清理资源，避免内存泄漏。

OrbitControls 是 Three.js 官方推荐的相机控制器，相比手动写鼠标事件，它更稳定、功能更全面，是开发 Web 3D 交互场景的首选工具。建议多调整 OrbitControls 的参数（如旋转速度、阻尼系数），通过实践感受不同配置对用户体验的影响。

http://www.xdnf.cn/news/18974.html

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