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Three.js学习6：透视相机和正交相机

作者：小舞很执着 | 2024-08-03 04:15:21

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正交相机

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相关代码均已上传到 gitee 中：myThree: 学习 Three.js ，努力加油~！

Gitee 静态演示地址：Three JS 演示页面

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一、相机

相机 camera，可以理解为摄像机。在拍影视剧的时候，最终用户看到的画面都是相机拍出来的内容。

Three.js 里，相机 camera 里的内容就是用户能看到的内容。从这个角度来看，相机其实就是用户的视野，就像用户的眼睛。

Three.js 主要有四种不同的相机模式：

透视相机 PerspectiveCamera：具有透视效果，近大远小，也是用的最多的相机。
正交相机 OrthographicCamera：不具有透视效果，所有的元素的尺寸大小都是相同的，不管距离。
立体相机 StereoCamera：主要做VR用的。就是让左右视觉有点点不一样的相机。
立方体相机 CubeCamera：主要用作反射镜面纹理。

本文主要讨论透视相机和正交相机。

前面案例中应用到的轨道控制器，名为轨道，其实控制的就是相机的视角。

二、透视相机

透视相机（PerspectiveCamera）中的物体具有“近大远小”的特点，是3D场景的渲染中使用得最普遍的投影模式。

1. 参数解析

const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far );

其参数分别为：

fov ：摄像机视锥体垂直视野角度，以角度来表示。默认值是50。
aspect ：摄像机视锥体宽高比：默认值为 1，一般用渲染器到宽高比。
near：摄像机视锥体近截面，默认值是0.1。
far：摄像机视锥体远截面，默认值是2000。


const camera = new THREE.PerspectiveCamera( 45, width / height, 1, 1000 );
scene.add( camera );

只有在视锥体范围内，近截面和远截面之间的物体才会被渲染出来。

Three.js 编辑器里视锥体的样子：

可以通过点语法的形式修改相机视锥体的参数，但是必须调用camera.updateProjectionMatrix() 方法，让修改生效。


const camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, winW/winH,1, 10);
camera.near = 5;    // 修改参数
camera.far = 37;
camera.updateProjectionMatrix();   // 让参数修改生效

2. 修改相机坐标

因为，相机默认在原点上，物体也默认在原点上。所以，要看到物品，要把相机往后挪动位置，也既修改 z 轴位置。


// 调整相机位置 x,y,z
camera.position.z = 0;
camera.position.x = 0;
camera.position.y = 10;
 
// 或者 
camera.position.set(0,0,10);

3. 镜头对准物体

不过有时候，移动相机的时候，相机必须要盯着目标物体，避免物体跑出视野之外。

camera.lookAt( Xmesh.position ); // 相机镜头盯着x物体

也可以对准某个具体的位置：

camera.lookAt(new THREE.Vector3(x,y,z));

4. 缩放镜头


camera.zoom = 4;
camera.updateProjectionMatrix();   // 让参数修改生效

获取或者设置摄像机的缩放倍数，其默认值为1。

>1：镜头里的物体会被放大
<1：物体会被缩小
=1：物体正常大小

必须调用camera.updateProjectionMatrix() 方法，让修改生效。

三、正交相机

正交相机（OrthographicCamera），无论物体距离相机距离远或者近，在最终渲染物体的大小都保持不变。

主要用于渲染 2D 场景或者UI元素。如下图所示：

1. 参数解析


const camera = new THREE.OrthographicCamera(OrthographicCamera( left, right, top, bottom, near, far);
scene.add( camera );

其参数依次分别为：

left ：摄像机视锥体左侧面。
right ：摄像机视锥体右侧面。left 与 right 互为反数。
top：摄像机视锥体上侧面。
bottom：摄像机视锥体下侧面。top 与 bottom 互为反数。
near ：摄像机视锥体近截面。其默认值为0.1。
far：摄像机视锥体远截面。其默认值为2000。

这几个参数刚好组成一个立方体。

例如：


const k = winW / winH; //canvas画布宽高比
const s = 2; // 显示控制系数。
const camera = new THREE.OrthographicCamera( -s*k, k*s, s, -s, 0.1, 2000 );
camera.position.set(8,8,8);
scene.add( camera );

为了保持照相机的横竖比例，需要保证 (right - left) 与 (top - bottom) 的比例与 Canvas（也就是渲染器）宽度与高度的比例一致。所以才有了两个变量 k、s。

变量 k：render 渲染的宽高比。因为，正交相机默认渲染的是一个正方形，但是我们渲染的范围（canvas）不一定是一个正方形。正交相机区域将被拉伸以适合我们的矩形画布，因此我们需要使用画布的宽高比。
变量 S 是正交相机显示控制系数。值越小，画面越大。反之，画面越小。如果为1，画面会很大。所以，这里用“单位”的2倍。当然，也可以根据需要自行调整数据。

Three.js 编辑器里正交相机视锥体的样子：

跟透视相机一样，可以通过点语法的形式修改相机视锥体的参数，但是必须调用camera.updateProjectionMatrix() 方法，让修改生效。

2. 正交相机例子


let winW = window.innerWidth;
let winH = window.innerHeight;
 
// 场景
const scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color("#cccccc");
 
 
// 网格辅助器
const grid = new THREE.GridHelper(1000,10);
scene.add(grid);
 
// 物体
const geometry = new THREE.BoxGeometry(100,100,100);
const material = new THREE.MeshBasicMaterial({
    color:"#f00"
});
const mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
mesh.position.set(0,0,0);
scene.add( mesh );
 
// 正投影相机案例
const k = winW / winH; //canvas画布宽高比
const s = 2; // 显示控制系数。网格单位*2
const camera = new THREE.OrthographicCamera( -s*k, k*s, s, -s, 0.1, 2000 );
camera.position.set(8,8,8);
scene.add( camera );
 
// 渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize( winW, winH );
document.body.appendChild( renderer.domElement );
renderer.render(scene, camera);
 
// 轨道控制器
const controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);
controls.update();
controls.addEventListener(function(){
    console.info( camera.position );
});
 
// 动画
function aniFun(){
    renderer.render( scene, camera );
    controls.update();
    requestAnimationFrame( aniFun );
}
aniFun();

可以看到，正交相机的图像是没有近大远小的透视感的。

四、相机切换示例

html：


<div class="btns">
    <button type="button"  id="tsBtn">透视相机</button>
    <button type="button"  id="zjBtn">正交相机</button>
    <h1 id="tit">透视相机</h1>
</div>
 
<script type="importmap">
    {
        "imports":{
            "three":"./js/three.module.min.js",
            "three/addons/":"./js/jsm/"
        }
    }
</script>
<script type="module" src="./js/myjs5-3.js"></script>

JS：


import * as THREE from "three";
import { OrbitControls } from "three/addons/controls/OrbitControls.js";
 
let scene,
    camera,
    controls, grid,
    renderer;
let winW = window.innerWidth,
    winH = window.innerHeight;
 
let  tsBtn = document.getElementById("tsBtn"),
     zjBtn = document.getElementById("zjBtn"),
     tit = document.getElementById("tit");
 
// 场景
scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color("#cccccc");
 
// 透视相机
function pCamera(){
    camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, winW/winH,1, 1000);
    camera.position.set( 8,8,8 );
    camera.lookAt( scene.position );
    scene.add( camera );
}
 
// 正交相机
function oCamera(){
    const k = winW / winH; //canvas画布宽高比
    const s = 8; // 显示控制系数。
    camera = new THREE.OrthographicCamera( -s*k, k*s, s, -s, 0.1, 2000 );
    camera.position.set(8,8,8);
    camera.lookAt( scene.position );
    scene.add( camera );
}
 
// 渲染器
function renderFun(){
    renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    renderer.setSize( winW, winH );
    document.body.appendChild( renderer.domElement );
}
 
 
// 网格辅助
function gridHelperFun(){
    grid = new THREE.GridHelper(10,10);
    scene.add(grid);
}
 
// 立方体
function cubeFun(){
    let geometry = new THREE.BoxGeometry(1,1,1);
    let metiral = new THREE.MeshBasicMaterial({
        color:"#ff3300"
    });
    let mesh = new THREE.Mesh( geometry, metiral);
    scene.add( mesh );
}
 
// 函数调用
pCamera();
renderFun();
gridHelperFun();
cubeFun();
 
renderer.render(scene, camera);
 
// 动画渲染
function animateFun(){
    // 渲染
    renderer.render( scene, camera);
    requestAnimationFrame(animateFun);
}
animateFun();
 
// 按钮事件
tsBtn.addEventListener("click",function(){
    pCamera();
    renderer.render(scene, camera);
    tit.innerHTML = "透视相机";
});
zjBtn.addEventListener("click",function(){
    oCamera();
    renderer.render(scene, camera);
    tit.innerHTML = "正交相机";
});

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