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游戏编程 | Three.js 加载STL模型

wxchong 2024-12-06 20:13:34 开源技术 17 ℃ 0 评论

一直以来，如何对特定的模型进行读取和渲染操作是开发人员的难题。

储存３Ｄ模型的文件格式和标准：

.GLB
.GLTF
.STL
.json
等等

我们这里介绍如何用Threejs导入.STL格式的模型。效果如下动图

1. STL模型的基本知识

STL 为 stereolithography 的缩写，含义为光固化立体造型术。 1988 年 3D SYSTEMS 公司将其制定为接口协议。 STL 是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。由于其具有解析简单，文件体积较小等优点，被广泛用于工业领域。 STL 将三角形作为基础图形，对模型表面进行组织，因此十分适合在电子设备上进行绘制。同时三角形的面可以表现流畅的曲线，使模型外观更加细腻，所以说使用 STL 文件对构建高质量模型发挥重要作用。正是由于其具有上述特性，最近发展异常火热的3D 打印技术都是以STL 作为标准格式。 STL 格式模型在 3DS Max 中的展示效果如图1 所示。

目前的 STL 文件格式包括二进制文件 (BINARY) 和文本文件 (ASCII) 两种。下面将分别对这两种格式的解析方法进行介绍。

1.1 STL 文本文件的解析方法

STL 文本文件以行为单位顺序给出三角形面片的相关数据。每行的开头为一到两个关键字，表明后面数据的相关含义。 STL 文件中的关键字 facet 代表一个三角形面片的信息单元。此单元中包括关键字vertex 和 normal，分别代表三角形的

顶点坐标和法向量数据。若干个三角形面片相互组织就形成了最终的STL 三维模型，具体格式说明如下所示：

solid filename stl //自定义文件头 facet normal x y z //三角面片的法向量 outer loop vertex x y z //第一个顶点坐标 vertex x y z //第二个顶点坐标 vertex x y z //第三个顶点坐标 endloop endfacet //完成一个三角面片定义 … //省略了其他数据信息 endsolid filename stl //定义结束

1.2 vscode 3d模型预览插件

1.3 threejs & STL

STL是STLereoLithography（立体成型术）的缩写，广泛用于快速成型。例如三维打印机的模型文件通常是STL文件。
Three.js对STL文件的加载器STLLoader.js，此文件封装了读取STL二进制文件和STL文本文件数据并初始化网格体的方法。
Three.js还有一个可定制的STL导出器，叫作OBJExporter.js，可以用来将Three.js中的模型导出到一个OBJ文件。

实现案例

案例查看地址：https://jxtreehouse.github.io/three.js-lessions/%E6%95%99%E7%A8%8B/examples/9_import_stl_model.html
首先，引入script加载器

<script src="/lib/js/loaders/STLLoader.js"></script>

加载ＳＴＬ模型之前，需要使用threejs对整个渲染场景进行初始化, 主要包括新建场景、设置摄像机位置和焦点、光源位置等相关操作。
渲染场景初始化工作完成以后，接下来就可以对STL模型进行加载了，主要思路：
　- 先创建一个STL格式的加载器
　- 创建完成后利用加载器load方法对模型进行加载，
　　　　- load方法中第一个参数为STL模型所在位置和名称，
　　　　- 第二个参数为STL文件读取完后，程序需要进行的一系列操作，通常包括设置模型的材质和设置缩放倍数
然后，实例化加载器对象，然后加载模型，STL模型里面只保存了几何体，所以我们实例化了一个纹理，添加到场景当中

var loader = new THREE.STLLoader();
loader.load("/lib/assets/models/SolidHead_2_lowPoly_42k.stl", function (geometry) {
    //创建纹理
    var mat = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x00ffff});
    var mesh = new THREE.Mesh(geometry, mat);
    mesh.rotation.x = -0.5 * Math.PI; //将模型摆正
    mesh.scale.set(0.1, 0.1, 0.1); //缩放
    geometry.center(); //居中显示
    scene.add(mesh);
});

案例代码

1.2 vscode 3d模型预览插件<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
    <style type="text/css">
        html, body {
            margin: 0;
            height: 100%;
        }

        canvas {
            display: block;
        }

    </style>
</head>
<body onload="draw();">

</body>
<script src="/lib/three.js"></script>
<script src="/lib/js/loaders/STLLoader.js"></script>
<script src="/lib/js/controls/OrbitControls.js"></script>
<script src="/lib/js/libs/stats.min.js"></script>
<script src="/lib/js/libs/dat.gui.min.js"></script>

<script>
    var renderer;
    function initRender() {
        // 新建渲染器
        renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias:true});
        renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
        //告诉渲染器需要阴影效果
        renderer.setClearColor(0xffffff);
        document.body.appendChild(renderer.domElement);
    }

    var camera;
    function initCamera() {
        camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000);
        // 设置摄像机位置和焦点
        camera.position.set(0, 40, 50);
        camera.lookAt(new THREE.Vector3(0,0,0));
　　
    }

    var scene;
    function initScene() {
　　// 新建场景
        scene = new THREE.Scene();
    }

    //初始化dat.GUI简化试验流程
    var gui;
    function initGui() {
        //声明一个保存需求修改的相关数据的对象
        gui = {
        };
        var datGui = new dat.GUI();
        //将设置属性添加到gui当中，gui.add(对象，属性，最小值，最大值）
    }

    var light;
    function initLight() {
        scene.add(new THREE.AmbientLight(0x444444));

        light = new THREE.PointLight(0xffffff);
　　// 设置光源位置
        light.position.set(0,50,50);

        //告诉平行光需要开启阴影投射
        light.castShadow = true;
        // 添加光源到场景
        scene.add(light);
    }

    function initModel() {

        //辅助工具
        var helper = new THREE.AxesHelper(50);
        scene.add(helper);

        var loader = new THREE.STLLoader();
        loader.load("/lib/assets/models/SolidHead_2_lowPoly_42k.stl", function (geometry) {
            //创建纹理
            var mat = new THREE.MeshLambertMaterial({color: 0x00ffff});
            var mesh = new THREE.Mesh(geometry, mat);
            mesh.rotation.x = -0.5 * Math.PI; //将模型摆正
            mesh.scale.set(0.1, 0.1, 0.1); //缩放
            geometry.center(); //居中显示
            scene.add(mesh);
        });
    }

    //初始化性能插件
    var stats;
    function initStats() {
        stats = new Stats();
        document.body.appendChild(stats.dom);
    }

    //用户交互插件 鼠标左键按住旋转，右键按住平移，滚轮缩放
    var controls;
    function initControls() {

        controls = new THREE.OrbitControls( camera, renderer.domElement );

        // 如果使用animate方法时，将此函数删除
        //controls.addEventListener( 'change', render );
        // 使动画循环使用时阻尼或自转 意思是否有惯性
        controls.enableDamping = true;
        //动态阻尼系数 就是鼠标拖拽旋转灵敏度
        //controls.dampingFactor = 0.25;
        //是否可以缩放
        controls.enableZoom = true;
        //是否自动旋转
        controls.autoRotate = true;
        controls.autoRotateSpeed = 0.5;
        //设置相机距离原点的最远距离
        controls.minDistance  = 1;
        //设置相机距离原点的最远距离
        controls.maxDistance  = 200;
        //是否开启右键拖拽
        controls.enablePan = true;
    }

    function render() {

        renderer.render( scene, camera );
    }

    //窗口变动触发的函数
    function onWindowResize() {

        camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
        camera.updateProjectionMatrix();
        render();
        renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );

    }

    function animate() {
        //更新控制器
        render();

        //更新性能插件
        stats.update();

        controls.update();

        requestAnimationFrame(animate);
    }

    function draw() {
        initGui();
        initRender();
        initScene();
        initCamera();1.2 vscode 3d模型预览插件
        initLight();
        initModel();
        initControls();
        initStats();

        animate();
        window.onresize = onWindowResize;
    }
</script>
</html>

在线预览： https://jxtreehouse.github.io/three.js-lessions/%E6%95%99%E7%A8%8B/examples/9_import_stl_model.html

1.4 API 详解

WebGLRenderer

setSize()

.domElement

.PerspectiveCamera()

.AmbientLight()

.PointLight()

.AxesHelper()

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1. STL模型的基本知识

1.1 STL 文本文件的解析方法

1.2 vscode 3d模型预览插件

1.3 threejs & STL

实现案例

1.4 API 详解

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1. STL模型的基本知识

1.1 STL 文本文件的解析方法

1.2 vscode 3d模型预览插件

1.3 threejs & STL

实现案例

1.4 API 详解

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