Three.js相机飞行动画，鼠标点击设备，相机靠近预览

在物联网、数字孪生Web3D可视化开发的项目中，往往需要调整相机视角或位置，近距离查看预览3D场景中的某个设备。

工厂.gif

Web3D在线体验地址：http://www.webgl3d.cn/3D/gongchang/index.html

视频思路讲解：https://www.bilibili.com/video/BV1sj411H7sC/

首先说下基本思路

首先用了tweenjs补间动画扩展库，辅助threejs实现相机位置的逐渐改变，生成相机的飞行动画，逐步飞行靠近某个设备。

获取选中设备的世界坐标或者说几何中心的坐标，tweenjs控制相机位置position改变，靠近查看的设备
同时注意设置lookAt参数，让lookAt指向设备几何中心或其它位置

    const A = model.getObjectByName('设备A标注');
    const pos = new THREE.Vector3();
    A.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标
    // 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
    const pos2 = pos.clone().addScalar(30);//向量的x、y、z坐标分别在pos基础上增加30
    // 相机从当前位置camera.position飞行三维场景中某个世界坐标附近
    new TWEEN.Tween({
            // 相机开始坐标
            x: camera.position.x,
            y: camera.position.y,
            z: camera.position.z,
            // 相机开始指向的目标观察点
            tx: 0,
            ty: 0,
            tz: 0,
        })
        .to({
            // 相机结束坐标
            x: pos2.x,
            y: pos2.y,
            z: pos2.z,
            // 相机结束指向的目标观察点
            tx: pos.x,
            ty: pos.y,
            tz: pos.z,
        }, 2000)
        .onUpdate(function (obj) {
            // 动态改变相机位置
            camera.position.set(obj.x, obj.y, obj.z);
            // 动态计算相机视线
            camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
        })
        .start();

更多内容，你可以查看Threejs中文网关于tweenjs的介绍，也可以查看下面对于tweenjs详细的手把手介绍。

tweenjs创建threejs动画

TweenJS是一个由JavaScript语言编写的补间动画库，如果需要tweenjs辅助你生成动画，对于任何前端web项目，你都可以选择tweenjs库。

如果你使用three.js开发web3d项目，使用tween.js辅助three.js生成动画效果也是比较好的选择。

github地址：https://github.com/tweenjs/tween.js/
npm地址：https://www.npmjs.com/package/@tweenjs/tween.js
官网：https://createjs.com/tweenjs

npm安装

在工程化开发的时候可以通过npm命令行安装tween.js模块。

npm i @tweenjs/tween.js@^18

import TWEEN from '@tweenjs/tween.js';

.html引入tween.js

tween.js-master文件包/dist目录下有多个js文件，如果你想script标签直接引入tween.umd.js即可。

<script src="./tween.js-master/dist/tween.umd.js"></script>

.html学习环境模拟开发环境中引入方式,就可以和开发环境一样书写import TWEEN from '@tweenjs/tween.js'。

<!-- type="importmap"功能：tween在html学习环境和开发环境一样写法 -->
<script type="importmap">
    {
		"imports": {
			"@tweenjs/tween.js": "./tween.esm.js"
		}
	}
</script>
<script type="module">
    import TWEEN from '@tweenjs/tween.js';
</script>

tweenjs基本语法

tweenjs功能从语法的角度讲，就是改变自己的参数对象。

const pos = {x: 0,y: 0};
const tween = new TWEEN.Tween(pos);//创建一段tween动画
//经过2000毫秒，pos对象的x和y属性分别从零变化为100、50
tween.to({x: 100,y: 50}, 2000);
//tween动画开始执行
tween.start();

在requestAnimationFrame动画中，tween更新.update()，tween才能正常执行

function loop() {
    requestAnimationFrame(loop);
}
loop();

function loop() {
    TWEEN.update();//tween更新
    requestAnimationFrame(loop);
}

浏览器控制台测试查看tweenjs是否逐渐改变pos对象的x和y属性

function loop() {
    TWEEN.update();
    // 测试tweenjs是否逐渐改变pos对象的x和y属性
    console.log(pos.x,pos.y);
    requestAnimationFrame(loop);
}

tweenjs改变threejs模型对象位置

three.js模型的位置mesh.position属性是一个具有.x、.y、.z属性的对象，可以直接使用tweenjs直接改变。

//创建一段mesh平移的动画
const tween = new TWEEN.Tween(mesh.position);
//经过2000毫秒，pos对象的x和y属性分别从零变化为100、50
tween.to({x: 100,y: 50}, 2000);
//tween动画开始执行
tween.start();

最后不要忘记在渲染循环中更新TWEEN.update();即可。

// 渲染循环
function render() {
    TWEEN.update();
    renderer.render(scene, camera);
    requestAnimationFrame(render);
}
render();

换个语法形式书写也可以，更简洁

const tween = new TWEEN.Tween(mesh.position).to({x: 100,y: 50}, 2000).start();

const tween = new TWEEN.Tween(mesh.position)
.to({x: 100,y: 50}, 2000)
.start();

测试模型缩放动画

模型的缩放属性mesh.scale和.position属性一样是一个具有.x、.y、.z属性的对象,你也可以直接用tweenjs动画控制。

new TWEEN.Tween(mesh.scale).to({
    x: 100,
    y: 50
}, 2000).start();

tweenjs相机运动动画

下面给大家讲解如何通过tweenjs实现threejs相机动画，具体说就是使用tweenjs改变相机的位置camera.position和视线方向。

相机飞行动画(从一个点飞到另一个点)

引入tweenjs，并在requestAnimationFrame动画中执行TWEEN.update();更新。

import TWEEN from '@tweenjs/tween.js';
// 渲染循环
function render() {
    TWEEN.update();
    renderer.render(scene, camera);
    requestAnimationFrame(render);
}
render();

相机动画:从一个点移动到另一个点

camera.position.set(202, 123, 125);
new TWEEN.Tween(camera.position)
.to({x: 202,y: 123,z: 50}, 3000)
.start()

相机飞行过程中重新计算相机视线

只改变相机位置，相机默认视线方向保持不变，如果你想重新计算相机视线方向，可以在相机位置改变的过程中不停地执行lookAt()即可。

camera.position.set(202, 123, 125);
camera.lookAt(0, 0, 0);
new TWEEN.Tween(camera.position)
.to({x: 202,y: 123,z: -350}, 3000)
// tweenjs改变参数对象的过程中，.onUpdate方法会被重复调用执行
.onUpdate(function(){
    camera.lookAt(0, 0, 0);
})
.start()

Tweenjs回调函数

twwenjs库提供了onStart、onUpdate、onComplete等用于控制动画执行的回调函数。

onStart：动画开始执行触发
onUpdate：动画执行过程中，一直被调用执行
onComplete：动画正常执行完触发

.onUpdate(function(obj){})结构中，obj对应的是new TWEEN.Tween(pos)的参数对象pos。

const tween = new TWEEN.Tween(pos).to({x: 0}, 4000)
// 开始执行：动画片段tween开始执行的时候触发onStart
.onStart(function(obj){
	...
})

相机圆周运动，且保持相机镜头对准坐标原点

const R = 100; //相机圆周运动的半径
new TWEEN.Tween({angle:0})
.to({angle: Math.PI*2}, 16000)
.onUpdate(function(obj){
    camera.position.x = R * Math.cos(obj.angle);
    camera.position.z = R * Math.sin(obj.angle);
    camera.lookAt(0, 0, 0);
})
.start()

点按钮,相机飞行靠近观察设备

继续上节课相机动画的讲解。

实际开发的的时候，一个较大的三维场景，有很多不同的设备或物品，你可能希望通过UI按钮点击切换到不同视角，观察某个区域，或者说放大观察某个特定的物品或设备。

按钮

切换相机位置和视角的按钮

<div class="pos">
    <div id="A" class="bu">设备A</div>
    <div id="B" class="bu" style="margin-left: 10px;">设备B</div>
    <div id="car" class="bu" style="margin-left: 10px;">停车场</div>
    <div id="all" class="bu" style="margin-left: 10px;">整体</div>
</div>

点击按钮A，相机运动到设备A附近

点击按钮A，相机运动到工厂中设备A附近，同时把相机观察目标，逐渐切换到设备A

import TWEEN from '@tweenjs/tween.js';
function render() {
    TWEEN.update();
    requestAnimationFrame(render);
}
render();

如果你希望相机移动到场景中某个位置附近，可以在Blender三维建模中，创建一个空对象进行标注，本节课模型用的是原来标注标签的空对象。当然你也可以直接读取某个模型的世界坐标。

获取某个对象世界坐标，作为相机lookAt指向的新目标观察点。

const A = model.getObjectByName('设备A标注');
const pos = new THREE.Vector3();
//获取三维场景中某个对象世界坐标
A.getWorldPosition(pos);

相机位置相对目标观察点，适当偏移，希望观察的范围大，就距离远一点，希望观察的设备显示效果大，就距离设备近一点。

// 向量的x、y、z坐标分别在pos基础上增加30
const pos2 = pos.clone().addScalar(30);

相机的位置逐渐改变，相机的观察目标也逐渐改变。

// 切换到设备A预览状态
document.getElementById('A').addEventListener('click', function () {
    const A = model.getObjectByName('设备A标注');
    const pos = new THREE.Vector3();
    A.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标
    // 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
    const pos2 = pos.clone().addScalar(30);//向量的x、y、z坐标分别在pos基础上增加30
    // 相机从当前位置camera.position飞行三维场景中某个世界坐标附近
    new TWEEN.Tween({
            // 相机开始坐标
            x: camera.position.x,
            y: camera.position.y,
            z: camera.position.z,
            // 相机开始指向的目标观察点
            tx: 0,
            ty: 0,
            tz: 0,
        })
        .to({
            // 相机结束坐标
            x: pos2.x,
            y: pos2.y,
            z: pos2.z,
            // 相机结束指向的目标观察点
            tx: pos.x,
            ty: pos.y,
            tz: pos.z,
        }, 2000)
        .onUpdate(function (obj) {
            // 动态改变相机位置
            camera.position.set(obj.x, obj.y, obj.z);
            // 动态计算相机视线
            camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
        })
        .start();
})

考虑OrbitControls的影响

学下下面内容可以参考前面：6.4. OrbitControls辅助设置相机参数

如果你在项目中使用了相机控件OrbitControls，希望相机looAt()指向的目标改变以后，该相机控件让然可以正常使用。需要在动画结束.onComplete()的时候重新设置controls.target，或者.onUpdate()更新controls.target。

.onUpdate(function (obj) {
    ...
    camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
})
.onComplete(function(obj){
    controls.target.set(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
    controls.update();
})

或者.onUpdate()中，设置controls.target，并执行controls.update()，OrbitControls相机控件内部也会执行相机的.looAt()方法，完整相机视线重新计算，这样就不用执行camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz)。

实际开发，相机目标观察点初始状态，不一定就是坐标原点，再设置动画初始目标观察点的时候，可以直接访问controls.target的x、y、z属性获取。

.onUpdate(function (obj) {
    // 动态改变相机位置
    camera.position.set(obj.x, obj.y, obj.z);
    // 动态计算相机视线
    // camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
    controls.target.set(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
    controls.update();
})

封装一个相机动画函数

这样所有的按钮点击后，都可以调用该函数。

动画开始的相机位置和目标观察点，不要手写具体数字，通过相机对象camera.position和相机控件对象读取controls.target，这样不管你点击那个按钮，动画开始状态都是上次相机动画结束的状态。

// 相机动画函数，从A点飞行到B点，A点表示相机当前所处状态
// pos: 三维向量Vector3，表示动画结束相机位置
// target: 三维向量Vector3，表示相机动画结束lookAt指向的目标观察点
function createCameraTween(endPos,endTarget){
    new TWEEN.Tween({
        // 不管相机此刻处于什么状态，直接读取当前的位置和目标观察点
        x: camera.position.x,
        y: camera.position.y,
        z: camera.position.z,
        tx: controls.target.x,
        ty: controls.target.y,
        tz: controls.target.z,
    })
    .to({
        // 动画结束相机位置坐标
        x: endPos.x,
        y: endPos.y,
        z: endPos.z,
        // 动画结束相机指向的目标观察点
        tx: endTarget.x,
        ty: endTarget.y,
        tz: endTarget.z,
    }, 2000)
    .onUpdate(function (obj) {
        // 动态改变相机位置
        camera.position.set(obj.x, obj.y, obj.z);
        // 动态计算相机视线
        // camera.lookAt(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
        controls.target.set(obj.tx, obj.ty, obj.tz);
        controls.update();//内部会执行.lookAt()
    })
    .start();
}

设置设备A、设备B、停车场、整体预览四个按钮对应的相机动画，这样你可以在4个按钮之间，随意切换相机的观察状态。

// 切换到设备A预览状态
document.getElementById('A').addEventListener('click', function () {
    const A = model.getObjectByName('设备A标注');
    const pos = new THREE.Vector3();
    A.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标
    // 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
    const pos2 = pos.clone().addScalar(30);
    createCameraTween(pos2, controls.target)
})
// 切换到设备B的预览状态
document.getElementById('B').addEventListener('click', function () {
    const B = model.getObjectByName('设备B标注');
    const pos = new THREE.Vector3();
    B.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标
    // 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
    const pos2 = pos.clone().addScalar(30);
    // 相机从当前位置camera.position飞行三维场景中某个世界坐标附近
    createCameraTween(pos2, controls.target)
})

// 切换到设备停车场的预览状态
document.getElementById('car').addEventListener('click', function () {
    const car = model.getObjectByName('停车场标注');
    const pos = new THREE.Vector3();
    car.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标
    // 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
    const pos2 = pos.clone().addScalar(30);
    // 相机从当前位置camera.position飞行三维场景中某个世界坐标附近
    createCameraTween(pos2, pos)
})

// 相机整体预览对应的位置和观察目标
const cameraPos0 = new THREE.Vector3(202, 123, 125) 
const target0 = new THREE.Vector3(0, 0, 0);
// 切换整体预览状态
document.getElementById('all').addEventListener('click', function () {
    // 相机从当前位置camera.position回到整体预览状态
    createCameraTween(cameraPos0, target0)
})

点击设备,相机靠近放大预览

本节课内容，其实和上节课的“3.点按钮,相机飞行靠近观察设备”基本相似，你可以当做练习题。

具体交互效果就是鼠标点击选中某个设备，相机靠近该设备，特别关注，设备在屏幕上呈现放大显示的效果。

下面在前面课程射线拾取模型弹出标签的代码基础上给大家讲解。演示文件已经提前引入tweenjs动画库和上节课封装的相机动画代码。

点击选中设备，相机飞行靠近

chooseObj是鼠标单击射线拾取的模型对象,你可以获取该模型对象世界坐标对应的某个空对象位置，生成相机动画。

chooseObj是鼠标单击射线拾取的模型对象,你可以获取该模型对象世界坐标，生成相机动画。不过有一点要注意在Blender中，你要设置好选中设备的局部坐标系，确保局部坐标系，在设备上某个位置，比如居中，比如顶部，根据需要自定义设置，不过不要偏差太大，比如设备的局部坐标系与设备本身距离很远。

const pos = new THREE.Vector3();
chooseObj.getWorldPosition(pos); //获取三维场景中某个对象世界坐标

通过一个空对象来掌控相机动画的观察目标。

const pos = new THREE.Vector3();
//获取三维场景中某个对象世界坐标
model.getObjectByName(chooseObj.name+'标注').getWorldPosition(pos);

生成相机动画

// 相机飞行到的位置和观察目标拉开一定的距离
const pos2 = pos.clone().addScalar(30);
// 相机从当前位置camera.position飞行三维场景中某个世界坐标附近
createCameraTween(pos2, pos)

关闭设备标签，相机回到整体预览状态

原来标签关闭按钮代码

// 鼠标单击按钮，关闭HTML标签
document.getElementById('close').addEventListener('click', function () {
    if (chooseObj) { //把原来选中模型对应的标签和发光描边隐藏
        outlinePass.selectedObjects = []; //无发光描边
        chooseObj.remove(tag); //从场景移除
    }
})

关闭设备标签，相机回到整体预览状态

// 相机整体预览对应的位置和观察目标
const cameraPos0 = new THREE.Vector3(202, 123, 125)
const target0 = new THREE.Vector3(0, 0, 0);
// 鼠标单击按钮，关闭HTML标签
document.getElementById('close').addEventListener('click', function () {
    if (chooseObj) { //把原来选中模型对应的标签和发光描边隐藏
        outlinePass.selectedObjects = []; //无发光描边
        chooseObj.remove(tag); //从场景移除
        // 相机从当前位置camera.position回到整体预览状态
        createCameraTween(cameraPos0, target0)
    }
})