深入理解Three.js中透视投影照相机PerspectiveCamera

前言

在开始正式讲解透视摄像机前,我们先来理理three.js建模的流程。我们在开始创建一个模型的时候，首先需要创建我们模型需要的物体，这个物体可以是three.js中已经为我们封装好的，比如正方体，球体，平面等，当然我们也可以通过导入的方式导入模型文件。然后我们需要根据项目的需求为创建好的物体添加不同类型的材质，材质可以是纹理，颜色或者是贴图。物体和材质通过new Mesh（）方法就会组合成一个网格mesh，这个时候我们会通过three.js提供的渲染方法将创建好的网格mesh渲染到场景scene中。这个时候你可能会发现，为什么我的屏幕会一片漆黑，什么都没有，那是因为我们没有添加光照，没有光照的场景就好比身处一间没有灯光的房间。当灯光添加完之后我们就可以看到场景里我们创建的物体吗？NO，这个时候就需要我们今天的主角登场了。

照相机扮演的角色

简单来说照相机扮演的角色和我们看电影时放映机的角色差不多，照相机不断的拍摄我们创建好的场景，然后通过渲染器渲染到屏幕中，最后在屏幕中展现出创建的3d场景。一般情况下，照相机是禁止的，但是如果我们想看到我们创建场景中更多的视野的时候，可以通过不断的移动照相机来实现，如果一定要拿某一样东西来比喻，那用我们的眼睛是再适合不过的了。

three.js中照相机类型

three.js中提供了两种基本的照相机，分别是正投影相机OrthographicCamera和透视投影相机PerspectiveCamera。透视投影照相机对应投影到的物体的大小是随着距离逐渐变小的，而正投影照相机投影到的物体大小是不受距离影响的。两者区别可以通过下图简单说明：

虽然three.js中有正投影相机和透视投影相机两种，但是这篇文章仅仅涉及透视投影相机，正投影相机相关的知识点讲解会在后续提供。

透视投影相机说明

透视投影相机模式一般用来模拟人眼所看到的景象，它是3D场景的渲染中使用得最普遍的投影模式，创建一个简单透视投影相机的代码如下：

1 var camera = new THREE.PerspectiveCamera( 45, width / height, 1, 1000 );
2 scene.add( camera );

上述代码中，new THREE.PerspectiveCamera构造函数用来创建透视投影相机，该构造函数总共有四个参数，分别是fov，aspect，near，far 。fov表示摄像机视锥体垂直视野角度，最小值为0，最大值为180，默认值为50，实际项目中一般都定义45，因为45最接近人正常睁眼角度；aspect表示摄像机视锥体长宽比，默认长宽比为1，即表示看到的是正方形，实际项目中使用的是屏幕的宽高比；near表示摄像机视锥体近端面，这个值默认为0.1，实际项目中都会设置为1；far表示摄像机视锥体远端面，默认为2000，这个值可以是无限的，说的简单点就是我们视觉所能看到的最远距离。

除了上述四个基本属性之外，透视投影相机六个属性，分别是：filmGauge，filmOffset，focus，isPerspectiveCamera，view，zoom。这几个参数在实际应用中很少用到，基本都保持默认值。如果想了解各属性的意义及完成的功能可以通过官方文档去了解。

透视投影相机位置说明

透视投影相机的位置和position，up，lookAt有关系。position用来指定相机在三维坐标中的位置，up用来指定相机拍摄时相机头顶的方向，lookAt表示相机拍摄时指向的中心点。具体的设置如下代码：

 1 // 统一设置position中xyz坐标
 2 camera.position.set(0,0,0);
 3 
 4 // 单独设置position中特定坐标
 5 camera.position.x = 0;
 6 camera.position.y = 0;
 7 camera.position.z = 0;
 8 
 9 // 统一设置up中xyz坐标
10 camera.up.set(0,1,0);
11 
12 // 单独设置up中特定坐标
13 camera.up.x = 0;
14 camera.up.y = 1;
15 camera.up.z = 0;
16 
17 // lookAt设置必须统一设置
18 camera.lookAt({
19     x:0,
20     y:0,
21     z:0
22 });

透视投影相机实例

为了能够更好的让读者能够理解透视投影相机的特性和工作原理，我做了一个实例demo，demo中我创建了一个网格平面，这个平面上有16个跳舞的机器人，为了能够有光感，特意加了一个亮度为0.2的白色自然光，相机拍摄过程中为了着重显示拍摄位置，在相机上添加了一个亮度为0.8的点光源，同时，为了不至于让创建的网格和跳舞机器人离开视野，所以lookAt使用默认值，只想中心位置，up值也使用默认值，方向与y轴一致，通过改变position对应各坐标轴的值来让人感觉有摄影的感觉。

实例效果图如下：