Three.js源码阅读笔记(Object3D类)_基础知识

这是Three.js源码阅读笔记的第二篇，直接开始。
Core::Object3D
Object3D似乎是Three.js框架中最重要的类，相当一部分其他的类都是继承自Object3D类，比如场景类、几何形体类、相机类、光照类等等：他们都是3D空间中的对象，所以称为Object3D类。Object3D构造函数如下：

代码如下:

THREE.Object3D = function () {
THREE.Object3DLibrary.push( this );
this.id = THREE.Object3DIdCount ++;
this.name = '';
this.properties = {};
this.parent = undefined;
this.children = [];
this.up = new THREE.Vector3( 0, 1, 0 );
this.position = new THREE.Vector3();
this.rotation = new THREE.Vector3();
this.eulerOrder = THREE.Object3D.defaultEulerOrder;
this.scale = new THREE.Vector3( 1, 1, 1 );
this.renderDepth = null;
this.rotatiOnAutoUpdate= true;
this.matrix = new THREE.Matrix4();
this.matrixWorld = new THREE.Matrix4();
this.matrixRotatiOnWorld= new THREE.Matrix4();
this.matrixAutoUpdate = true;
this.matrixWorldNeedsUpdate = true;
this.quaternion = new THREE.Quaternion();
this.useQuaternion = false;
this.boundRadius = 0.0;
this.boundRadiusScale = 1.0;
this.visible = true;
this.castShadow = false;
this.receiveShadow = false;
this.frustumCulled = true;
this._vector = new THREE.Vector3();
};

在介绍函数之前，需要先介绍一下这个类的几个重要属性。
属性parent和children说明，通常需要使用树来管理众多Object3D对象。比如一辆行驶的汽车是一个Object3D对象，控制汽车行驶路线的逻辑在该对象内部实现，汽车的每个顶点经过模型矩阵的处理后，都位于正确的位置；但是汽车摆动的雨刮器，其不但随着汽车行驶方向运动，而且自身相对汽车也在左右摆动，这个摆动的逻辑无法在汽车这个对象内部的实现。解决的方法是，将雨刮器设定为汽车的chidren，雨刮器内部的逻辑只负责其相对于汽车的摆动。在这种树状结构下，一个场景Scene实际上就是最顶端的Object3D，它的模型矩阵就是视图矩阵（取决于相机）的逆矩阵。

属性matrix和matrixWorld就很好理解了，matrix表示本地的模型矩阵，仅仅表示该对象的运动，而matrixWorld则需要依次向父亲节点迭代，每一次迭代都左乘父亲对象的本地模型矩阵，直到Scene对象——当然，实际上是左乘父亲对象的全局模型矩阵。

属性position、rotation、scale表示模型矩阵的三种变换部分，在Matrix4类中有相关说明。rotation和eulerOrder共同描述了一个旋转状态，quaternion也可以描述一个旋转状态，具体使用哪种方法要看useQuation的布尔值。

可以看到，关于该Object3D对象最重要的“变换状态”信息实际上是存储在两个“备份”中的，一个是matrix对象，还有一个是position等属性，两部分应当保持一致，如果通过某种方法改变了一个备份，则另一个备份也应该在适当的时候更新。还有一些其他属性从字面和类型上就能看出其含义，不再单独列出了。下面说函数：
函数applyMatrix(matrix)将参数matrix左乘到this.matrix上，实际上就是对该Object3D对象实行某个变换（该变换可能要经过好几步基本变换，但是已经存储在参数matrix里面了）。注意，在对this.matrix执行完左乘之后，；立刻更新了position等参数的值。比起下面几个变换函数，该函数更“高级”，允许开发者自由指定变换矩阵，而不是说“朝着x轴前进5单位距离”。

代码如下:

applyMatrix: function ( matrix ) {
this.matrix.multiply( matrix, this.matrix );
this.scale.getScaleFromMatrix( this.matrix );
var mat = new THREE.Matrix4().extractRotation( this.matrix );
this.rotation.setEulerFromRotationMatrix( mat, this.eulerOrder );
this.position.getPositionFromMatrix( this.matrix );
},

函数translate(distance, axis)令该对象向axis轴指定的方向前进distance距离。函数translateX(distance)，translateY(distance)，translateZ(distance)令其向X，Y，Z轴前进distance距离。注意这些函数仅仅改变了position对象的值，而不曾改变matrix的值。

代码如下:

translate: function ( distance, axis ) {
this.matrix.rotateAxis( axis );
this.position.addSelf( axis.multiplyScalar( distance ) );
},
translateX: function ( distance ) {
this.translate( distance, this._vector.set( 1, 0, 0 ) );
},

函数localToWorld(vector)将本地坐标转化为世界坐标中，函数worldToLocal则正好相反。注意这里的vector本地坐标指的是未变换之前的坐标，也就是说雨刮器的默认位置的顶点坐标。

函数lookAt(eye,center,up)执行其matrix属性对象的lookAt函数（之前介绍过，matrix4对象也有一个lookAt函数），一般用于相机对象。该函数仅仅改变了旋转状态，所以当matrix属性对象执行完之后，如果属性rotationAutoUpdate为真，则会更新rotation或quaternion的值，更新哪一个取决于属性useQuation。
函数add(object)和函数remove(object)从当前Object3D对象中添加一个子对象，或删除一个子对象，了解到场景中的众多Object3D对象是用树来管理的，这就很容易理解了。

函数traverse(callback)遍历调用者和调用者的所有后代，callback参数是一个函数，被调用者和每一个后代对象调用callback(this)。

代码如下:

traverse: function ( callback ) {
callback( this );
for ( var i = 0, l = this.children.length; i this.children[ i ].traverse( callback );
}
},

函数getChildByName(name,recursive)通过字符串在调用者的子元素（recursive为false）或后代元素（recursive为true）中查询属性name符合的对象返回。

函数getDescendants(array)将调用者的所有后代对象全部push到数组array中。
函数updateMatrix()和updateMatrixWorld(force)将根据position，rotation或quaternion，scale参数更新matrix和matrixWorld。updateMatrixWorld还会更新所有后代元素的matrixWorld，如果force值为真或者调用者本身的matrixWorldNeedsUpdate值为真。在函数applyMatrix(matrix)中，改变了matrix值后立刻就更新了position，rotation等属性，但在函数translate(distance,axis)中改变了position等变量（或者直接改变position等属性）后并没有立刻更新matrix值，这时应该手动调用updateMatrix()。这些细节值得注意，你也许会认为应该加入事件监听，一旦一个值发生变化，其他所有的都会立刻更新，但我想在，可能是出于这方面的考虑：适当的时候更新会带来更高的效率——比如可能会频繁地改变rotation值，但是仅仅在使用matrix属性之前，才对其进行更新。

代码如下:

updateMatrix: function () {
this.matrix.setPosition( this.position );
if ( this.useQuaternion === false ) {
this.matrix.setRotationFromEuler( this.rotation, this.eulerOrder );
} else {
this.matrix.setRotationFromQuaternion( this.quaternion );
}
if ( this.scale.x !== 1 || this.scale.y !== 1 || this.scale.z !== 1 ) {
this.matrix.scale( this.scale );
this.boundRadiusScale = Math.max( this.scale.x, Math.max( this.scale.y, this.scale.z ) );
}
this.matrixWorldNeedsUpdate = true;
},
updateMatrixWorld: function ( force ) {
if ( this.matrixAutoUpdate === true ) this.updateMatrix();
if ( this.matrixWorldNeedsUpdate === true || force === true ) {
if ( this.parent === undefined ) {
this.matrixWorld.copy( this.matrix );
} else {
this.matrixWorld.multiply( this.parent.matrixWorld, this.matrix );
}
this.matrixWorldNeedsUpdate = false;
force = true;
}
for ( var i = 0, l = this.children.length; i this.children[ i ].updateMatrixWorld( force );
}
},

函数deallocate手动将调用者占用的空间释放掉，当不再需要该对象时这样做。
Core::Projectors
管理投影矩阵的类，代码太复杂了，我猜会涉及到render类里的操作，等到适当的时候再看吧。
Core::UV
该构造函数产生一个材质坐标类——就是材质上的坐标，往往与顶点对应起来，光栅化后每个像素都有一个材质坐标，再从材质上“取色”以实现纹理。

代码如下:

THREE.UV = function ( u, v ) {
this.u = u || 0;
this.v = v || 0;
};

材质坐标类就是一个简化的vector2类，除了属性名称不同而已。
Core::Ray Core::Rectangle Core:Spline
射线类，有原点、方向、远近截断点。在点光源中应该有应用。矩形类、曲线类，相对都比较简单，也不那么“核心”，以后再看吧。
Core::Geometry
Geometry类也是非常重要的一类，表示一个由顶点和表面构成的几何形体。

代码如下:

THREE.Geometry = function () {
THREE.GeometryLibrary.push( this );
this.id = THREE.GeometryIdCount ++;
this.name = '';
this.vertices = [];
this.colors = [];
this.normals = [];
this.faces = [];
this.faceUvs = [[]];
this.faceVertexUvs = [[]];
this.morphTargets = [];
this.morphColors = [];
this.morphNormals = [];
this.skinWeights = [];
this.skinIndices = [];
this.lineDistances = [];
this.boundingBox = null;
this.boundingSphere = null;
this.hasTangents = false;
this.dynamic = true;
this.verticesNeedUpdate = false;
this.elementsNeedUpdate = false;
this.uvsNeedUpdate = false;
this.normalsNeedUpdate = false;
this.tangentsNeedUpdate = false;
this.colorsNeedUpdate = false;
this.lineDistancesNeedUpdate = false;
this.buffersNeedUpdate = false;
};

以下两组属性最重要：
属性vertics是一个数组，每个元素是vector3类型的对象，表示一个顶点坐标。属性colors和normals表示和顶点对应的颜色值和发现向量，只有在很少的情况下才使用，大部分情况下，顶点的颜色和发现时在“表面”中定义的——如果立方体的6面颜色各不相同，则每个顶点实在不同的面上是不同的颜色。

属性faces是一个数组，每个元素是face4或face3类型的对象，之前介绍face3的时候说到，face中存储的仅仅是顶点的索引值，通过索引值就可以在数组vertices中取到顶点的坐标值。

下面说函数：
applyMatrix(matrix)函数更新geometry中的所有顶点坐标和表面的法线向量，所做的实际上是用变换矩阵matrix对geometry形体进行空间变换。normalMatrix是参数matrix左上角3×3矩阵的逆转置矩阵，该矩阵用来旋转矢量（法线，而不是顶点坐标）。

代码如下:

applyMatrix: function ( matrix ) {
var normalMatrix = new THREE.Matrix3();
normalMatrix.getInverse( matrix ).transpose();
for ( var i = 0, il = this.vertices.length; i var vertex = this.vertices[ i ];
matrix.multiplyVector3( vertex );
}
for ( var i = 0, il = this.faces.length; i var face = this.faces[ i ];
normalMatrix.multiplyVector3( face.normal ).normalize();
for ( var j = 0, jl = face.vertexNormals.length; j normalMatrix.multiplyVector3( face.vertexNormals[ j ] ).normalize();
}
matrix.multiplyVector3( face.centroid );
}
},

函数ComputeCentroid()计算几何形体中每个表面的重心（不是几何形体自己的重心）。这个函数似乎应当放到face类的原型上会更好，但是由于face类内部无法获取点的坐标（除非再将点坐标数组的引用作为参数传入构造函数，这样代价就大了）而仅仅是索引值，所以只好在geometry类的原型上定义了。下面几个函数都是类似的情况（事实上，face类几乎没有什么成员函数）。

函数computeFaceNormals()和computeVertexNormals(areaWeight)计算法线向量，前者影响的是face数组中每个元素的normal属性，一个face只有1个；后者face数组中每个元素的vertexNormal属性，一个face3型对象有3个，一个face4型对象有4个，但是需要注意的是，被多个表面共享的顶点，其法线向量只有一个，同时受到多个表面的影响。比如中心在原点，三组表面都垂直于轴的立方体，其第一象限中的顶点，法线向量是(1,1,1)的归一化。虽然看上去不可思议，平面的顶点的法线居然不是垂直于平面的，但这种指定法线的方法在利用平面模拟曲面的时候有很好的效果。

函数createMorphNormal为每一个morph创建法线。morph应该是用作显示固定连续动画的变形效果。
函数mergeVertics将坐标值相同的点剔除，同时更新face对象中的点索引值。
Core::Quaternian
四维数旋转类用另一种方式表达一个旋转变换，相比用rotation，可以避免万向节死锁问题。

代码如下:

THREE.Quaternion = function( x, y, z, w ) {
this.x = x || 0;
this.y = y || 0;
this.z = z || 0;
this.w = ( w !== undefined ) ? w : 1;
};

如果不谈函数，Quaternian就是一个简单的vector4类型对象。
函数setFromEuler(v,order)通过一次欧拉旋转设置四维数旋转。
函数setFromAxis(axis,angle)通过绕任意轴旋转设定四维数旋转。
函数setFromRotationMatrix(matrix)通过旋转矩阵设置四维数旋转。
还有一些和vector4类相同的函数这里就不列了。