27.Three.js 解决方案之多画布、多场景

27 Three.js 解决方案之多画布、多场景

在我们之前的示例中，通常都是 1 个网页中只有 1 个画布，1 个渲染器，1 个场景。

1 个画布(Canvas) + 1 个渲染器 相当于在当前浏览器的 JS 中创建了 1 个 webgl。

1 个 webgl 就会占用一定量的内存和性能，浏览器也是为了用户体验着想，所以才会限制 webgl 数量的。


请注意：

浏览器并不限制 DOM 中 画布 <canvas > 标签的数量，浏览器只是限制 webgl 的数量。


网页中 webgl 数量限制

不同浏览器都会对 webgl 创建的数量进行限制，通常情况下可以创建 8 个左右。

如果超出浏览器对 webgl 数量，则新创建的会顶替较早之前创建的。

此时较早之前创建的 webgl 会消失，变为不可用


如果我们一个网页中需要多个 webgl，那是不是我们多创建几个画布就可以了？

试想一下这个场景

假设我们现在要制作一个产品列表页，该页面上需要展示 15 个产品，且每一个产品我们都希望搭配一个 3D 模型展示。

那么我们现在就会遇到一些问题：

  1. 问题一：如果每一个产品对应 1 个 webgl，因此我们就需要创建 15 个 webgl，这超出了浏览器对于一个页面上可创建 webgl 数量限制。

    我们假设浏览器最多只允许我们创建 8 个 webgl

    特别强调：假设我们在一段 JS 代码中创建了 N 个渲染器 或 N 个场景，这并不会创建 N 个 webgl，他们仍然被视为仅仅是 1 个 webgl

    你可以简单粗暴得去理解：webgl 的数量仅和画布(canvas)数量有关，和创建几个渲染器或场景无关。

  2. 问题二：假设每个产品只是模型不同，但是所使用的材质相同，或者多个产品使用同一个纹理贴图，如果我们对每一个产品都创建一套 webgl，那同一个材质或贴图就可能需要被我们反复多次加载。换句话说每一个 Three.js 创建的产品 3D 展示都相互独立(孤立)，资源无法共享。

    上面我们说 “创建一套 webgl” 的意思是：创建一个 canvas，创建 一个渲染器，创建一个场景 等等


那…解决方案是什么呢？

第 1 种解决方案：用其他标签充当占位，然后使用渲染器的剪裁渲染功能

用 1 个 画布来渲染全部，用一些其他元素标签来 “代替” “充当” N 个画布。


具体的事实细节：

  1. 创建一个 <canvas > 标签，并设置 z-index:-1，这样该画布就会显示在其他元素的下面

    事实上相当于将 画布 当成了 “大背景”

  2. 在需要展示 “画布” 的位置，我们添加一些网页标签，用来启到 “占位” 的作用。

    该标签里并没有实际内容，但是我们通过 CSS 给该标签添加宽和高

  3. 在 JS 中使用 Three.js，添加不同的灯光和镜头。

    一组灯光和镜头 对应一个 需要渲染的对象内容

  4. 我们 “判断元素当前是否可见”，然后通过渲染器的以下 3 个方法，对渲染器进行 “裁剪”。

    1. Renderer.setScissorTest()

      该方法接收 1 个参数：boolean，来决定是否启用或禁用裁剪检测。

    2. Renderer.setViewport()

      该方法接收 4 个参数：x、y、width、height，这 4 个参数构成 1 个矩形的裁剪框。

      若此时已启用 剪裁检测，那么只有在该矩形框内的才会被渲染，不在该矩形框内的则不会被渲染。

    3. Renderer.setScissor()

      该方法接收 4 个参数：x、y、width、height，这 4 个参数构成 1 个视窗(视框)。

  5. 不断判断，不断清空画布内容，已实现实时更新裁剪可见区域。

    但是请注意：由于 Three.js 渲染需要一定时间，当网页快速滚动时可能会出现 “渲染不及时”，看上去似乎是一个 “bug”，具体我们会稍后讲解。

  6. 最终，我们将那些 “占位”标签的位置和尺寸 传递给 Three.js，通过 裁剪，只在渲染出相应内容。


下面我们将针对以上步骤中，一些关键的点进行详细讲解。


第 1：启到占位作用的网页标签

我们知道这些标签本身不需要显示任何内容，我们会通过 CSS 来给他们设定宽高。

那究竟使用什么标签呢？

我们会很容易想到 <div > 、<span > 这些标签都可以。无论使用哪个标签，我们只要确保这些标签统一即可。

我们推荐一种更加优雅、通用、明确的做法：给标签添加 html5 新增的 data-* 属性


data-* 属性介绍：

在传统的网页标签中，例如 <span > 标签，默认它只能有以下几种信息：

  1. 该标签拥有的 属性和处理事件函数，例如 id、onclick 等
  2. 该标签的样式，例如 class、style
  3. 该标签和闭合标签之间的内容

除此之外，该标签无法承载其他信息。

实际上若想还包含其他信息，通常变相的实现手段是将其他信息 包装成 样式名称(class name)


在 HTML5 出现之后，任何标签都可以新增以 data-* 的自定义属性。

请注意上面中的 * 是需要我们自己根据实际情况来自定义的

例如我们给 <span /> 添加一个额外的属性，也就是自定义信息 data-author：

<span id='myspan' data-author='ypx'></span>

上面代码中，我们给 span 增加了一个自定义属性 data-author，我们假设用这个属性来记录作者名字


我们可以通过以下 JS 获取该标签：

document.querySelector('#span')

现在，我们还可以通过查找自定义属性的方式，来获取：

document.getAttribute('data-author')

如果要获取多个拥有该属性的 DOM 元素，我们可以使用：getAttributes() 这个方法


使用 CSS 统一获取并设置样式：

span{
	content:attr(data-author)
}

或

span[data-author]{
	...
}

甚至直接给所有拥有 data-author 属性的标签统一设置样式

[data-author]{
	...
}

补充说明：

上面讲解的都是我们在 JS 中获取标签的自定义属性，假设要通过 JS 给标签添加自定义属性，还是以 span 为例，具体操作方式为：

第 1 种方式：使用 setAttribute()

span.setAttribute('data-author','xxxx')

第 2 种方式：使用 dataset

span.dataset.author = 'xxxx'

请注意：

  1. dataset 作为该标签的自定义属性统一对象，该标签的所有自定义属性都将挂载在该属性值下面

  2. 我们在去设置自定义属性名时，是无需添加 “data-” 的，例如原本的 data-author 我们只需 dataset.author

  3. 自定义属性名需遵循驼峰命名方式，在上面示例中我们自定义属性为 data-author，去掉不用写的 data-，那剩下的就只有 author，我们可以直接这样写。但是假设我们自定义属性名为 data-author-name，此时去掉不用写的 data- 后，还剩下 author-name，我们就需要遵循驼峰命名方式，实际代码应为：

    span.dataset.authorName = 'xxx'

    浏览器会自动将驼峰命名转化为 data-xxx-xxx 赋予给标签


回到我们本文要讲解的内容上面，我们可以将负责 “占位” 的标签都添加上统一的自定义属性，这样在 JS 中可根据该自定义字段来获取所有占位的标签。

这样的做法对于我们来说有一个好处，就是不用再考虑标签究竟使用的是 <div > 还是 <span >


第 2：判断网页中某标签当前是否在可见窗口内，并告知渲染器进行如何裁切渲染

大体思路为：

  1. 在 JS 中获取该标签，假设该标签(DOM 元素)在 js 中的变量引用名为 elem

  2. 通过 elem.getBoundingClientRect() 获取该标签相对于视窗的位置信息

    这些位置信息有：left、right、top、bottom、width、height

  3. 然后进行判断，如果出现以下情况，只要符合一条，那么我们就可以直接认为该标签当前不在可见窗口内。

    bottom < 0
top > canvas.clientHeight
right < 0
left > canvas.clientWidth

  4. 假设我们经过判断元素在可见窗口内，那么我们就要告知渲染器可以根据该元素的位置和尺寸，来进行裁剪渲染。

    //让画布的高 - 元素的底部，从而计算出超出的部分，这些部分不必再做渲染了
const positiveYUpBottom = canvas.clientHeight - bottom

renderer.setScissor(left,positiveYUpBottom,width,height)
renderer.setViewport(left,positiveYUpBottom,width,height)

第 3：添加轨道控制器、将光添加到镜头中，而非场景中

这里讲解一个新的知识点。

在以前所有的示例中，假设我们希望物体有反射光，那么我们都会创建光，并将光添加到场景(Three.Scene)中。

此时我们添加镜头轨道控制器，当移动鼠标修改镜头位置时，光的位置是不变的。

因为我们是将 光 添加到了场景中，所以光的位置是和场景保持固定不变的。


假设我们的场景中有多个物体，每个物体都有自己对应的镜头，我们希望对每个物体的镜头添加轨道控制器，且保证物体对应的光永远跟随着镜头移动，那么我就要将光添加到镜头里。


你没有听错，我再说一遍：将光由原来添加到场景中，修改为添加到镜头中。

-	scene.add(light)
+	camera.add(light)

如此操作之后，光就不再跟随场景，而是跟随着镜头移动而移动。

这样可以保证我们每个物体的镜头中，始终有该物体的光


对于本文示例讲解的场景，不推荐使用 OrbitControls，而是推荐使用 TrackballControls。

TrackballControls 不提供滚动鼠标中轴缩放镜头这个功能，因为在这个示例场景中，滚动鼠标应该出现的是网页的滚动，而不是 Three.js 场景的视角缩放。

请一定记得在每次渲染函数中，要对轨道控制器进行更新：

  1. controls.handleResize()
  2. controls.update()

第 2 种解决方案：通过 web worker 来创建和渲染场景

该方案的优点很明确：

  1. 本身就是对网页性能的一种提升
  2. 由于是 web worker，不再受限于浏览器对 webgl 数量的限制

不过缺点也很明确：

  1. 需要浏览器支持 OffscreenCanvas 才可以

    目前火狐、苹果浏览器均不支持 OffscreenCanvas

  2. 默认 web worker 内部不支持对 DOM 元素交互事件的侦听，也就是说无法添加 轨道控制器

    不过可以通过变相的方式，请参考本系列教程 22 Three.js 优化之 OffscreenCanvas 与 WebWorker.md


第 3 种解决方案：Three.js 渲染的画布不直接显示，让不同位置的标签(画布)去复制该画布的局部结果

由于浏览器并不显示 画布 的数量，我们可以将不同位置的 占位标签 直接使用画布标签，然后让不同的画布去复制渲染出的画布结果内容。

这样做的缺点是：性能不好，速度慢，每个区域都需要进行相应的复制操作。


本文只是阐述了某些特殊场景，例如需要多画布、多场景的情况下的解决方案。

并没有深入、完整编写示例代码。

我个人认出现这种场景的几率并不大，所以就偷懒一下，不去写完整的示例了。


本文此致结束。

下一节，我们将讲解一个非常重要的内容，关乎绝大多数我们编写的 Three.js 程序。

那就是：鼠标选中场景中的物体，并发生交互。

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