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

news 2025/5/13 11:33:40

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

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BufferGeometryconst 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Uint8const 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：

内存访问效率更高：GPU可以更高效地访问连续存储的数据
减少内存碎片：降低内存碎片化程度
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：

使用BufferGeometry：相比普通Geometry，BufferGeometry性能更高
共享内存缓冲区：使用单个ArrayBuffer存储所有粒子数据
交错存储数据：位置和颜色数据交错存储
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;