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Three.js入门-材质详解，构建视觉真实感的核心

news 来源：原创 2025/6/24 13:24:06

Three.js 材质详解：构建视觉真实感的核心

Three.js 是一个强大的 3D JavaScript 库，它为开发者提供了丰富的工具来创建和渲染逼真的三维场景。在这些工具中，材质是一个非常重要的组成部分。材质定义了物体表面的外观特性，例如颜色、光泽、透明度、纹理等。本文将深入探讨 Three.js 中的材质，帮助你全面了解如何通过材质增强你的 3D 场景。

一、什么是材质？

材质是一个对象，用于定义 3D 模型表面的视觉属性。它控制了光线与模型表面的交互方式。材质可以模拟多种真实世界的表面特性，例如金属的反光、木材的纹理或玻璃的透明度。

在 Three.js 中，材质通常与几何体（Geometry）和网格（Mesh）结合使用，最终形成可见的 3D 对象。

二、Three.js 中的材质分类

Three.js 提供了多种材质，每种材质都适用于特定的渲染需求。以下是一些常见的材质：

1. MeshBasicMaterial

MeshBasicMaterial 是最简单的材质，它不受光照影响，颜色和纹理直接显示在物体表面。这种材质非常适合显示纯色物体或简单的图案，例如 2D 精灵。

const material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0xff0000, // 红色
});
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

无需光照的简单场景
UI 元素、标记等

2. MeshStandardMaterial

MeshStandardMaterial 是基于物理的材质，支持金属度和粗糙度参数，用于创建高度真实的效果。它需要环境光照或直接光源才能展现其完整的效果。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({color: 0x00ff00, // 绿色metalness: 0.5, // 金属度roughness: 0.2, // 粗糙度
});
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

物理上真实的渲染
现代游戏或高质量的场景

3. MeshLambertMaterial

MeshLambertMaterial 是一种受光照影响的材质，基于 Lambert 漫反射模型。它的计算成本较低，但不支持高光反射效果。

const material = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x0000ff, // 蓝色
});
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

简单的光照效果
对性能要求较高的应用

4. MeshPhongMaterial

MeshPhongMaterial 是一种支持高光反射的材质，基于 Phong 着色模型。它可以产生更复杂的光影效果，例如镜面反射。

const material = new THREE.MeshPhongMaterial({color: 0xffff00, // 黄色shininess: 100, // 高光强度
});
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

需要镜面反射的物体（如金属或水面）

5. MeshPhysicalMaterial

MeshPhysicalMaterial 是 MeshStandardMaterial 的扩展，增加了更多物理属性，例如透明度和清晰度。适合渲染玻璃或液体等复杂材料。

const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({color: 0xffffff, // 白色transmission: 0.9, // 透光性roughness: 0.1, // 粗糙度
});
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

高精度的 PBR 渲染
透明或半透明物体

6. PointsMaterial

PointsMaterial 用于渲染点云（Point Cloud），定义点的大小和颜色。

// 创建粒子几何体const particlesGeometry = new THREE.BufferGeometry();const particlesCount = 5000;const positions = new Float32Array(particlesCount * 3); // 每个粒子有x、y、z三个坐标for (let i = 0; i < particlesCount * 3; i++) {positions[i] = (Math.random() - 0.5) * 10; // 生成随机位置
}particlesGeometry.setAttribute("position",new THREE.BufferAttribute(positions, 3)
);// 创建 PointsMaterial 材质const particlesMaterial = new THREE.PointsMaterial({color: 0xffffff, // 白色size: 0.05, // 粒子大小
});// 创建粒子系统const particles = new THREE.Points(particlesGeometry, particlesMaterial);scene.add(particles);

在这里插入图片描述

适用场景：

粒子系统
点云渲染

7. LineBasicMaterial

LineBasicMaterial 用于渲染线条，颜色可以定义，但不受光照影响。

const material = new THREE.LineBasicMaterial({color: 0x00ffff, // 青色
});
const line = new THREE.Line(geometry, material);

在这里插入图片描述

适用场景：

网格线
简单几何边框

8. ShaderMaterial

ShaderMaterial 允许开发者使用自定义的 GLSL 着色器，提供最大的灵活性。通过它，可以实现独特的视觉效果。

const material = new THREE.ShaderMaterial({vertexShader: `void main() {gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);}`,fragmentShader: `void main() {gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 红色}`,
});

在这里插入图片描述

适用场景：

高度定制的渲染需求
非传统材质效果

三、材质的关键属性

每种材质都有一些通用属性，以下是常见的关键属性：

1. 颜色（color）

材质的基本颜色，使用十六进制值或 Color 对象。

material.color.set(0xff0000); // 设置为红色;

2. 透明度（opacity 和 transparent）

控制材质是否透明及其透明度。

material.transparent = true;
material.opacity = 0.5; // 半透明

3. 纹理（map）

为材质添加纹理。纹理可以用作颜色贴图、法线贴图、环境贴图等。

const texture = new THREE.TextureLoader().load("path/to/texture.jpg");
material.map = texture;

4. 法线贴图（normalMap）

增加表面细节的纹理，使光影效果更加真实。

material.normalMap = new THREE.TextureLoader().load("path/to/normalMap.jpg");

5. 环境光遮蔽（aoMap）

通过遮挡阴影的纹理增强物体的立体感。

四、材质的高级用法

1. 动态更改材质

你可以在运行时动态修改材质的属性，创造交互效果。

mesh.material.color.set(0x00ff00); // 修改颜色 mesh.material.wireframe = true;   // 启用线框模式

2. 多重材质

一个物体可以使用多种材质，例如为几何体的不同面设置不同的材质。

const materials = [new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 }),new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 }),
];
const cube = new THREE.Mesh(geometry, materials);

五、性能优化建议

减少材质数量：尽量复用材质，避免创建过多的材质实例。
使用纹理压缩：通过压缩纹理减少显存占用。
降低分辨率：对于次要物体，使用低分辨率纹理。
简化光照计算：在性能敏感的应用中，选择 MeshBasicMaterial 或 MeshLambertMaterial。

六、总结

Three.js 提供的丰富材质库使得开发者可以创建各种逼真的效果。从简单的 MeshBasicMaterial 到高度自定义的 ShaderMaterial，材质为 3D 场景的构建提供了无限可能。在开发过程中，了解不同材质的特性，合理选择和优化材质，可以显著提升渲染效率和视觉效果。

通过对材质的深刻理解，你将能够充分发挥 Three.js 的潜力，创造令人惊叹的三维体验。

Three.js 材质详解：构建视觉真实感的核心

一、什么是材质？

二、Three.js 中的材质分类

1. MeshBasicMaterial

2. MeshStandardMaterial

3. MeshLambertMaterial

4. MeshPhongMaterial

5. MeshPhysicalMaterial

6. PointsMaterial

7. LineBasicMaterial

8. ShaderMaterial

三、材质的关键属性

1. 颜色（color）

2. 透明度（opacity 和 transparent）

3. 纹理（map）

4. 法线贴图（normalMap）

5. 环境光遮蔽（aoMap）

四、材质的高级用法

1. 动态更改材质

2. 多重材质

五、性能优化建议

六、总结

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