Three.js:使用InstancedBufferGeometry + ShaderMaterial自定义每个四边形的大小

Three.js: 使用InstancedBufferGeometry + ShaderMaterial自定义每个四边形的大小

基础概念

InstancedBufferGeometry: 这是一种特殊的几何体，允许你在单个绘制调用中渲染多个相同的对象实例。每个实例可以有不同的变换矩阵或其他属性，从而实现高效的批量渲染。

ShaderMaterial: 这是一种自定义材质，允许你编写顶点着色器和片元着色器来控制物体的渲染方式。通过这种方式，你可以实现复杂的视觉效果和自定义行为。

类型与应用场景

类型: InstancedBufferGeometry适用于需要大量相同几何体实例的场景，如粒子系统、草地模拟等。
应用场景: 游戏开发、虚拟现实、数据可视化等领域。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示如何使用InstancedBufferGeometry和ShaderMaterial自定义每个四边形的大小：

// 创建一个基本的四边形几何体
const geometry = new THREE.BufferGeometry();
const vertices = new Float32Array([
  -1, -1, 0,
   1, -1, 0,
   1,  1, 0,
  -1,  1, 0
]);
geometry.setAttribute('position', new THREE.BufferAttribute(vertices, 3));

// 创建InstancedBufferGeometry
const instancedGeometry = new THREE.InstancedBufferGeometry().copy(geometry);

// 创建一个实例变换矩阵数组
const matrix = new THREE.Matrix4();
const offset = new THREE.Vector3();
const offsets = new Float32Array(100 * 16); // 假设有100个实例

for (let i = 0; i < 100; i++) {
  offset.x = Math.random() * 10 - 5;
  offset.y = Math.random() * 10 - 5;
  offset.z = Math.random() * 10 - 5;
  matrix.makeTranslation(offset.x, offset.y, offset.z);
  matrix.setPosition(offset);
  matrix.toArray(offsets, i * 16);
}

instancedGeometry.setAttribute('offset', new THREE.InstancedBufferAttribute(offsets, 16));

// 创建ShaderMaterial
const vertexShader = `
attribute vec3 offset;
void main() {
  vec3 pos = position + offset;
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(pos, 1.0);
}
`;

const fragmentShader = `
void main() {
  gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`;

const material = new THREE.ShaderMaterial({
  vertexShader: vertexShader,
  fragmentShader: fragmentShader
});

// 创建网格并添加到场景中
const mesh = new THREE.Mesh(instancedGeometry, material);
scene.add(mesh);

遇到的问题及解决方法

问题: 每个四边形的大小不一致。

原因: 可能是由于实例变换矩阵没有正确设置，或者顶点着色器中没有正确应用这些变换。

解决方法:

确保实例变换矩阵正确设置: 在循环中生成实例变换矩阵时，确保每个实例的位置、缩放和旋转都正确计算。
在顶点着色器中应用变换: 确保在顶点着色器中正确应用实例变换矩阵。

const vertexShader = `
attribute vec3 offset;
attribute float size; // 新增属性，用于控制每个四边形的大小
void main() {
  vec3 pos = position + offset;
  vec3 scaledPos = pos * size; // 应用缩放
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(scaledPos, 1.0);
}
`;

在JavaScript代码中，添加一个新的InstancedBufferAttribute来存储每个实例的大小：

const sizes = new Float32Array(100); // 假设有100个实例
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  sizes[i] = Math.random() * 2 + 0.5; // 随机大小
}
instancedGeometry.setAttribute('size', new THREE.InstancedBufferAttribute(sizes, 1));

通过这种方式，你可以自定义每个四边形的大小，并确保它们在渲染时正确显示。