如何使用 Three.js 和自定义片段着色器模拟 3D 地球模型周围的真实大气？

Three.js 是一个流行的 JavaScript 库，用于在浏览器中创建 3D 图形。它通常用于创建交互式可视化和游戏。 3D 图形的挑战之一是渲染不透明的对象，例如云或烟雾。这些物体允许光线穿过它们，从而创造出更柔和、更真实的外观。

在这种情况下，目标是为地球的表示添加“大气”效果。大气层将是一个半透明层，包围地球并散射光线，使其外观更加真实。

为了实现此效果，我们将创建一个片段着色器来计算每个像素的颜色根据其在大气中的位置和光源的方向来确定其在大气中的位置。片段着色器将使用一种称为“大气散射”的技术来模拟光线被大气中的粒子散射的方式。

以下是片段着色器代码：

#ifdef GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH
precision highp float;
#else
precision mediump float;
#endif

uniform vec3 lightDirection;
uniform sampler2D earthTexture;

varying vec2 vUv;
varying vec3 vNormal;

void main() {
  // Compute the surface normal at this position
  vec3 normal = normalize(vNormal);
  // Compute the direction from this point to the light source
  vec3 lightDir = normalize(lightDirection);
  // Compute the amount of light that is scattered in this direction
  float scattering = dot(normal, lightDir);
  // Compute the color of the atmosphere at this position
  vec3 color = texture2D(earthTexture, vUv).rgb * scattering;
  // Output the color
  gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
}

此片段着色器需要多个输入：

• lightDirection：光线的方向source.
• earthTexture：用于表示地球的纹理。
• vUv：当前像素的纹理坐标。
• vNormal：当前像素的法线向量。

片段着色器首先计算当前像素处的表面法线。然后它计算从当前像素到光源的方向。这两个值用于计算沿像素方向散射的光量。

然后片段着色器通过将地球纹理的颜色乘以来计算当前像素处的大气颜色散射量。生成的颜色作为片段颜色输出。

要使用此片段着色器，我们需要创建一个使用它的材质。以下是使用大气散射片段着色器的材质示例：

const material = new THREE.ShaderMaterial({
  fragmentShader: `
    #ifdef GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH
    precision highp float;
    #else
    precision mediump float;
    #endif
    
    uniform vec3 lightDirection;
    uniform sampler2D earthTexture;
    
    varying vec2 vUv;
    varying vec3 vNormal;
    
    void main() {
      vec3 normal = normalize(vNormal);
      vec3 lightDir = normalize(lightDirection);
      float scattering = dot(normal, lightDir);
      vec3 color = texture2D(earthTexture, vUv).rgb * scattering;
      gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
    }
  `,
  uniforms: {
    lightDirection: { value: new THREE.Vector3(0, 1, 0) },
    earthTexture: { value: new THREE.TextureLoader().load('earth.jpg') }
  }
});

此材质采用两个制服：

• lightDirection：到光源的方向。
• earthTexture：用来表示地球的纹理。

材质使用lightDirection 均匀计算每个方向上散射的光量。它使用 EarthTexture 统一来表示地球表面。

要使用此材质，我们需要创建一个网格并将其分配给该材质。以下是如何创建网格并将其分配给材质的示例：

const geometry = new THREE.SphereGeometry(10, 32, 32);
const material = new THREE.ShaderMaterial({
  fragmentShader: `
    #ifdef GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH
    precision highp float;
    #else
    precision mediump float;
    #endif
    
    uniform vec3 lightDirection;
    uniform sampler2D earthTexture;
    
    varying vec2 vUv;
    varying vec3 vNormal;
    
    void main() {
      vec3 normal = normalize(vNormal);
      vec3 lightDir = normalize(lightDirection);
      float scattering = dot(normal, lightDir);
      vec3 color = texture2D(earthTexture, vUv).rgb * scattering;
      gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
    }
  `,
  uniforms: {
    lightDirection: { value: new THREE.Vector3(0, 1, 0) },
    earthTexture: { value: new THREE.TextureLoader().load('earth.jpg') }
  }
});
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);

此代码创建半径为 10、32 个段和 32 个环的球体几何体。然后，它创建一个使用大气散射片段着色器的材质。最后，它创建一个网格并将其分配给材质。

创建网格后，就可以将其添加到场景中。以下是如何将网格添加到场景的示例：

#ifdef GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH
precision highp float;
#else
precision mediump float;
#endif

uniform vec3 lightDirection;
uniform sampler2D earthTexture;

varying vec2 vUv;
varying vec3 vNormal;

void main() {
  // Compute the surface normal at this position
  vec3 normal = normalize(vNormal);
  // Compute the direction from this point to the light source
  vec3 lightDir = normalize(lightDirection);
  // Compute the amount of light that is scattered in this direction
  float scattering = dot(normal, lightDir);
  // Compute the color of the atmosphere at this position
  vec3 color = texture2D(earthTexture, vUv).rgb * scattering;
  // Output the color
  gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
}

此代码将网格添加到场景。现在将使用大气散射片段着色器渲染网格。结果将是地球周围形成半透明的大气层。

以上是如何使用 Three.js 和自定义片段着色器模拟 3D 地球模型周围的真实大气？的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！