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  • three.js 实现炫光路径粒子动画效果|牛气冲天新年征文

    正文概述 掘金(alphardex)   2021-02-18   1520

    前言

    大家好,这里是 CSS 魔法使——alphardex。

    粒子动画,指的是许多微粒在某个空间内做出有序或无序的运动,并且颜色大小也能按照一定规律进行改变的动画。而本文要实现的,正是一种粒子按着路径发光移动的效果

    关键词解读

    • 炫光:自定义着色器材质
    • 路径:SVG 的 path
    • 粒子:three.js 的 Points 对象
    • 动画:requestAnimationFrame 里对某些变量的更新

    准备工作

    笔者自行封装的three.js模板:Three.js Starter

    读者可以点击右下角fork一份后再开始本项目

    svg的路径可以直接CV以下demo的路径(用inkscape随便画的)

    codepen.io/alphardex/p…

    正片

    搭好架子

    <div class="relative w-screen h-screen">
      <div class="travelling-particles w-full h-full bg-black"></div>
      <svg class="svg-particles hidden" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">(path数据CV到这儿)</svg>
    </div>
    
    class TravellingParticles extends Base {
      constructor(sel: string, debug: boolean) {
        super(sel, debug);
        this.perspectiveCameraParams.near = 100;
        this.perspectiveCameraParams.far = 1000;
        this.cameraPosition = new THREE.Vector3(0, 0, 600);
        this.lines = [];
        this.pointSize = 4;
        this.activePointCount = 0;
        this.params = {
          mapOffsetX: -80,
          mapOffsetY: 160,
          activePointPerLine: 100,
          opacityRate: 15,
          pointSize: 30000,
          pointSpeed: 1,
          pointColor: "#4ec0e9",
        };
      }
      // 初始化
      init() {
        this.createScene();
        this.createPerspectiveCamera();
        this.createRenderer();
        this.createEverything();
        this.createLight();
        this.createOrbitControls();
        this.addListeners();
        this.setLoop();
      }
      // 创建一切
      createEverything() {
        if (this.map) {
          this.scene.remove(this.map);
        }
        this.lines = [];
        if (this.points) {
          this.scene.remove(this.points);
          this.points = null;
        }
        this.getSvgPathsPointLineData();
        this.createPoints();
      }
    }
    
    const start = () => {
      const travellingParticles = new TravellingParticles(
        ".travelling-particles",
        true
      );
      travellingParticles.init();
    };
    
    start();
    

    获取路径中点的数据

    class TravellingParticles extends Base {
      getSvgPathsPointLineData() {
        const paths = ([
          ...document.querySelectorAll(".svg-particles path"),
        ] as unknown) as SVGPathElement[];
        paths.forEach((path) => {
          const pathLength = path.getTotalLength();
          const pointCount = Math.floor(pathLength / this.pointSize);
          const points = [];
          for (let i = 0; i < pointCount; i++) {
            // 获取点距离路径原点的距离,进而获取其坐标
            const distance = (pathLength * i) / pointCount;
            const point = path.getPointAtLength(distance);
            if (point) {
              let { x, y } = point;
              // 使点在屏幕正中央
              x -= this.params.mapOffsetX;
              y -= this.params.mapOffsetY;
              // 加点随机性
              const randX = ky.randomNumberInRange(-1.5, 1.5);
              const randY = ky.randomNumberInRange(-1.5, 1.5);
              x += randX;
              y += randY;
              points.push(new THREE.Vector3(x, y, 0));
            }
          }
          const line = {
            points,
            pointCount,
            currentPos: 0,
          } as Line;
          this.lines.push(line);
        });
      }
    }
    

    选中所有路径元素,并对它们一一处理:

    1. 获取路径上点的总数
    2. 根据点的总数能获取点距离路径原点的距离
    3. 利用getPointAtLength来根据这个距离计算出点的坐标
    4. 有了点的坐标后,就能形成一条条线了

    创建点

    class TravellingParticles extends Base {
      createPoints() {
        this.activePointCount = this.lines.length * this.params.activePointPerLine;
        const geometry = new THREE.BufferGeometry();
        const pointCoords = this.lines
          .map((line) => line.points.map((point) => [point.x, point.y, point.z]))
          .flat(1)
          .slice(0, this.activePointCount)
          .flat(1);
        const positions = new Float32Array(pointCoords);
        this.positions = positions;
        const opacitys = new Float32Array(positions.length).map(
          () => Math.random() / this.params.opacityRate
        );
        this.opacitys = opacitys;
        geometry.setAttribute("position", new THREE.BufferAttribute(positions, 3));
        geometry.setAttribute("aOpacity", new THREE.BufferAttribute(opacitys, 1));
        this.geometry = geometry;
        const material = new THREE.ShaderMaterial({
          vertexShader: travellingParticlesVertexShader,
          fragmentShader: travellingParticlesFragmentShader,
          side: THREE.DoubleSide,
          transparent: true,
          depthTest: true,
          depthWrite: true,
          blending: THREE.AdditiveBlending,
          uniforms: {
            uSize: {
              value: this.params.pointSize,
            },
            uColor: {
              value: new THREE.Color(this.params.pointColor),
            },
          },
        });
        this.material = material;
        const points = new THREE.Points(geometry, material);
        this.scene.add(points);
        this.points = points;
      }
    }
    

    这里主要是如何利用 three.js 来自定义形状和材质,主要是靠BufferGeometry来实现的

    1. 首先获取所有点的坐标,传入position这个 attribute 内
    2. 生成随机的透明值,传入aOpacity这个 attribute 内
    3. 创建自定义着色器材质,以实现炫光粒子的效果
    4. 最后创建 Points 实例,将其添加至场景中

    THREE.AdditiveBlending是实现炫光效果的幕后功臣

    接下来让我们来编写着色器:顶点着色器travellingParticlesVertexShader和片元着色器travellingParticlesFragmentShader

    顶点着色器

    决定了粒子的位置,以下的代码很通用,可以当模板用

    attribute float aOpacity;
    
    uniform float uSize;
    
    varying float vOpacity;
    
    void main(){
        vec4 modelPosition=modelMatrix*vec4(position,1.);
        vec4 viewPosition=viewMatrix*modelPosition;
        vec4 projectedPosition=projectionMatrix*viewPosition;
        gl_Position=projectedPosition;
        gl_PointSize*=(uSize/-viewPosition.z);
    
        vOpacity=aOpacity;
    }
    

    注意到透明度跟位置没关系,要把它传递给片元着色器,于是就有了vOpacity这个量来负责传递

    片元着色器

    决定了粒子的颜色

    varying float vOpacity;
    
    uniform vec3 uColor;
    
    float invert(float n){
        return 1.-n;
    }
    
    void main(){
        vec2 uv=vec2(gl_PointCoord.x,invert(gl_PointCoord.y));
        vec2 cUv=2.*uv-1.;
        vec4 color=vec4(1./length(cUv));
        color*=vOpacity;
        color.rgb*=uColor;
        gl_FragColor=color;
    }
    

    以上的 color 公式计算看不懂也没关系,因为片元着色器也有很多通用的公式,这里的公式作用是形成发光圆点一般的图案,我们只需把颜色和透明度赋给它即可

    three.js 实现炫光路径粒子动画效果|牛气冲天新年征文

    动起来

    创建了那么多的点,如何使它们在线上“动起来”呢?

    答案是:对于每根线,遍历它们所有要动的点,增加它们的下标即可。(注意这里用到了求余符号,是用来使得运动能循环往复地进行)

    但光这样还不够,必须把数据也同步到着色器上

    class TravellingParticles extends Base {
      update() {
        if (this.points) {
          let activePoint = 0;
          this.lines.forEach((line) => {
            // 使线的前n个点动起来
            line.currentPos += this.params.pointSpeed;
            for (let i = 0; i < this.params.activePointPerLine; i++) {
              const currentIndex = (line.currentPos + i) % line.pointCount;
              // 将数据同步到着色器上
              const point = line.points[currentIndex];
              if (point) {
                const { x, y, z } = point;
                this.positions.set([x, y, z], activePoint * 3);
                this.opacitys.set(
                  [i / (this.params.activePointPerLine * this.params.opacityRate)],
                  activePoint
                );
                activePoint++;
              }
            }
          });
          this.geometry.attributes.position.needsUpdate = true;
        }
      }
    }
    

    效果图

    three.js 实现炫光路径粒子动画效果|牛气冲天新年征文

    最后

    three.js的自定义形状BufferGeometry配合着色器材质ShaderMaterial还能实现许多更加炫酷的效果,大家可以自行去发掘。


    起源地下载网 » three.js 实现炫光路径粒子动画效果|牛气冲天新年征文

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