”粒子動(dòng)畫“ 這個(gè)詞大家可能經(jīng)常聽到，那什么是粒子動(dòng)畫呢?

粒子是指原子、分子等組成物體的最小單位。在 2D 中，這種最小單位是像素，在 3D 中，最小單位是頂點(diǎn)。

粒子動(dòng)畫不是指物體本身的動(dòng)畫，而是指這些基本單位的動(dòng)畫。因?yàn)槭墙M成物體的單位的動(dòng)畫，所以會(huì)有打碎重組的效果。

本文我們就來(lái)學(xué)習(xí)下 3D 的粒子動(dòng)畫，做一個(gè)群星送福的效果：

思路分析

3D 世界中，物體是由頂點(diǎn)構(gòu)成，3 個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形，然后給三角形貼上不同的紋理，這樣就是一個(gè)三維模型。

也就是說，3D 模型是由頂點(diǎn)確定的幾何體(Geometry)，貼上不同的紋理(Material)所構(gòu)成的物體(Mesh 等)。

之后，把 3D 物體添加到場(chǎng)景(Scene)中，設(shè)置一個(gè)相機(jī)(Camera)角度去觀察，然后用渲染器(Renderer)一幀幀渲染出來(lái)，這就是 3D 渲染流程。

3D 物體是由頂點(diǎn)構(gòu)成，那讓這些頂點(diǎn)動(dòng)起來(lái)就是粒子動(dòng)畫了，因?yàn)榛玖Ｗ觿?dòng)了，自然就會(huì)有打碎重組的效果。

在“群星送福”效果中，我們由群星打碎重組成了福字，實(shí)際上就是群星的頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到了福字的頂點(diǎn)，由一個(gè) 3D 物體變成了另一個(gè) 3D 物體。

那么群星的頂點(diǎn)從哪里來(lái)的?福字的頂點(diǎn)又怎么來(lái)呢?

群星的頂點(diǎn)其實(shí)是隨機(jī)生成的不同位置的點(diǎn)，在這些點(diǎn)上貼上星星的貼圖，就是群星效果。

福字的頂點(diǎn)是加載的一個(gè) 3D 模型，解析出它的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)拿到的。

有了兩個(gè) 3D 物體的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，也就是有了動(dòng)畫的開始結(jié)束坐標(biāo)，那么不斷的修改每個(gè)頂點(diǎn)的 x、y、z 屬性就可以實(shí)現(xiàn)粒子動(dòng)畫。

這里的 x、y、z 屬性值的變化不要自己算，用一些動(dòng)畫庫(kù)來(lái)算，它們支持加速、減速等時(shí)間函數(shù)。Three.js 的動(dòng)畫庫(kù)是 Tween.js。

總之，3D 粒子動(dòng)畫就是頂點(diǎn)的 x、y、z 屬性的變化，會(huì)用動(dòng)畫庫(kù)來(lái)計(jì)算中間的屬性值。由一個(gè)物體的頂點(diǎn)位置、運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)物體的頂點(diǎn)位置，會(huì)有種打碎重組的效果，這也是粒子動(dòng)畫的魅力。

思路理清了，那我們來(lái)具體寫下代碼吧。

代碼實(shí)現(xiàn)

如前面所說，3D 的渲染需要一個(gè)場(chǎng)景(Scene)來(lái)管理所有的 3D 物體，需要一個(gè)相機(jī)(Camera)在不同角度觀察，還需要渲染器(Renderer)一幀幀渲染出來(lái)。

這部分是基礎(chǔ)代碼，先把這部分寫好：

創(chuàng)建場(chǎng)景：

const scene = new THREE.Scene(); 

創(chuàng)建相機(jī)：

const width = window.innerWidth; 
const height = window.innerHeight; 
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, width / height, 0.1, 1000); 

相機(jī)分為透視相機(jī)和平行相機(jī)，我們這里用的透視相機(jī)，也就是近大遠(yuǎn)小的透視效果。要指定可以看到的視野角度(45)、寬高比(width/height)、遠(yuǎn)近范圍(0.1 到 1000)這 3 種參數(shù)。

調(diào)整下相機(jī)的位置和觀察方向：

camera.position.set(100, 0, 400); 
camera.lookAt(scene.position); 

然后是渲染器：

const renderer = new THREE.WebGLRenderer(); 
renderer.setSize(width, height); 
document.body.appendChild(renderer.domElement); 

渲染器要通過 requestAnimationFrame 來(lái)一幀幀的渲染：

function render() { 
    renderer.render(scene, camera); 
    requestAnimationFrame(render); 
} 
render(); 

準(zhǔn)備工作完成，接下來(lái)就是繪制星空、福字這兩種 3D 物體，還有實(shí)現(xiàn)粒子動(dòng)畫了。

繪制星空

星空不是正方體、圓柱體這種規(guī)則的幾何體，而是由一些隨機(jī)的頂點(diǎn)構(gòu)成的，這種任意的幾何體使用緩沖幾何體 BufferGeometry 創(chuàng)建。

為啥這種由任意頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體叫緩沖幾何體呢?

因?yàn)轫旤c(diǎn)在被 GPU 渲染之前是放在緩沖區(qū) buffer 中的，所以這種指定一堆頂點(diǎn)的幾何體就被叫做 BufferGeometry。

我們創(chuàng)建 30000 個(gè)隨機(jī)頂點(diǎn)：

const vertices = []; 
for ( let i = 0; i < 30000; i ++ ) { 
    const x = THREE.MathUtils.randFloatSpread( 2000 ); 
    const y = THREE.MathUtils.randFloatSpread( 2000 ); 
    const z = THREE.MathUtils.randFloatSpread( 2000 ); 
    vertices.push( x, y, z ); 
} 

這里用了 Three.js 提供的工具 MathUtils 來(lái)生成 0 到 2000 的隨機(jī)值。

然后用這些頂點(diǎn)創(chuàng)建 BufferGeometry：

const geometry = new THREE.BufferGeometry(); 
geometry.setAttribute( 'position', new THREE.Float32BufferAttribute(vertices, 3)); 

給 BufferGeometry 對(duì)象設(shè)置頂點(diǎn)位置，指定 3 個(gè)數(shù)值(x、y、z)為一個(gè)坐標(biāo)。

然后創(chuàng)建這些頂點(diǎn)上的材質(zhì)(Material)，也就是星星的貼圖：

const star = new THREE.TextureLoader().load('img/star.png'); 
const material = new THREE.PointsMaterial( { size: 10, map: star }); 

頂點(diǎn)有了，材質(zhì)有了，就可以創(chuàng)建 3D 物體了(這里的 3D 物體是 Points)。

const points = new THREE.Points( geometry, material ); 
scene.add(points); 

看下渲染的效果：

靜態(tài)的沒 3D 的感覺，我們讓每一幀轉(zhuǎn)一下，改下 render 邏輯：

function render() { 
    renderer.render(scene, camera); 
    scene.rotation.y += 0.001; 
 
    requestAnimationFrame(render); 
} 

再來(lái)看一下：

3D 星空的感覺有了!

接下來(lái)我們來(lái)做粒子動(dòng)畫：

3D 粒子動(dòng)畫

3D 粒子動(dòng)畫就是頂點(diǎn)的動(dòng)畫，也就是 x、y、z 的變化。

我們先來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)最簡(jiǎn)單的效果，讓群星都運(yùn)動(dòng)到 0，0，0 的位置：

起始點(diǎn)坐標(biāo)就是群星的的本來(lái)的位置，通過 getAttribute('position') 來(lái)取。動(dòng)畫過程使用 tween.js 來(lái)計(jì)算：

const startPositions = geometry.getAttribute('position'); 
 
for(let i = 0; i< startPositions.count; i++) { 
    const tween = new TWEEN.Tween(positions); 
 
    tween.to({ 
        [i * 3]: 0, 
        [i * 3 + 1]: 0, 
        [i * 3 + 2]: 0 
    }, 3000 * Math.random()); 
 
    tween.easing(TWEEN.Easing.Exponential.In); 
    tween.delay(3000); 
    tween.onUpdate(() => { 
        startPositions.needsUpdate = true; 
    }); 
     
    tween.start(); 
} 

每個(gè)點(diǎn)都有 x、y、z 坐標(biāo)，也就是下標(biāo)為 i3、i3+1、i*3+2 的值，我們指定從群星的起始位置運(yùn)動(dòng)到 0，0，0 的位置。

然后指定了時(shí)間函數(shù)為加速(Easing.Exponential.In)，3000 ms 后開始執(zhí)行動(dòng)畫。

每一幀渲染的時(shí)候要調(diào)用下 Tween.update 來(lái)計(jì)算最新的值：

function render() { 
    TWEEN.update(); 
    renderer.render(scene, camera); 
    scene.rotation.y += 0.001; 
 
    requestAnimationFrame(render); 
} 

每一幀在繪制的時(shí)候都會(huì)調(diào)用 onUpdate 的回調(diào)函數(shù)，我們?cè)诨卣{(diào)函數(shù)里把 positions 的 needsUpdate 設(shè)置為 true，就是告訴 tween.js 在這一幀要更新為新的數(shù)值再渲染了。

第一個(gè)粒子動(dòng)畫完成!

來(lái)看下效果(我把這個(gè)效果叫做萬(wàn)象天引)：

所有的星星粒子都集中到了一個(gè)點(diǎn)，這就是粒子動(dòng)畫典型的打碎重組感。

接下來(lái)，只要把粒子運(yùn)動(dòng)到福字的頂點(diǎn)就是我們要做的“群星送福”效果了。

福字模型的頂點(diǎn)肯定不能隨機(jī)，自己畫也不現(xiàn)實(shí)，這種一般都是在建模軟件里畫好，然后導(dǎo)入到 Three.js 來(lái)渲染，

我找了這樣一個(gè)福字的 3D 模型：

模型是 fbx 格式的，使用 FBXLoader 加載：

const loader = new THREE.FBXLoader(); 
loader.load('./obj/fu.fbx', function (object) { 
    const destPosition = object.children[0].geometry.getAttribute('position'); 
 
}); 

回調(diào)參數(shù)就是從 fbx 模型加載的 3D 物體，它是一個(gè) Group(多個(gè) 3D 物體的集合)，取出第 0 個(gè)元素的 geometry 屬性，就是對(duì)應(yīng)的幾何體。

這樣，我們就拿到了目標(biāo)的頂點(diǎn)位置。

把粒子動(dòng)畫的結(jié)束位置改為福字的頂點(diǎn)就可以了：

const cur = i % destPosition.count; 
tween.to({ 
    [i * 3]: destPosition.array[cur * 3], 
    [i * 3 + 1]: destPosition.array[(cur * 3 + 1)], 
    [i * 3 + 2]: destPosition.array[(cur * 3 + 2)] 
}, 3000 * Math.random()); 

如果開始頂點(diǎn)位置比較多，超過的部分從 0 的位置再來(lái)，所以要取余。

大功告成!

這就是我們想要的粒子效果：

完整代碼上傳到了 github：https://github.com/QuarkGluonPlasma/threejs-exercize

總結(jié)

粒子動(dòng)畫是組成物體的基本單位的運(yùn)動(dòng)，對(duì) 3D 來(lái)說就是頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。

我們要實(shí)現(xiàn)“群星送福”的粒子動(dòng)畫，也就是從群星的頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到福字的頂點(diǎn)。

群星的頂點(diǎn)可以隨機(jī)生成，使用 BufferGeometry 創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的幾何體。福字則是加載創(chuàng)建好的 3D 模型，拿到其中的頂點(diǎn)位置。

有了開始、結(jié)束位置，就可以實(shí)現(xiàn)粒子動(dòng)畫了，過程中的 x、y、z 值使用動(dòng)畫庫(kù) Tween.js 來(lái)計(jì)算，可以指定加速、減速等時(shí)間函數(shù)。

粒子動(dòng)畫有種打碎重組的感覺，可以用來(lái)做一些很炫的效果。理解了什么是粒子動(dòng)畫、粒子動(dòng)畫中動(dòng)的是什么，就算是初步掌握了。

我摘下漫天繁星，給大家送一份福氣，新的一年一起加油!