08.04. 添加一些自适应
04 添加一些自适应
在上一节中，已经实现了 HelloThree 最为基础的示例。本节将进一步优化那个示例。
我们将给示例中的 canvas 添加宽高自适应，让它充满整个浏览器。
优化第一项：修改 canvas 尺寸
默认 canvas 尺寸为 高150像素，宽300像素。我们现在把 canvas 修改为撑满屏幕。
第1处修改：
打开项目中 src/indes.scss ，修改 html、body、root 样式：
body{
- margin:0;
}
html,body {
+ margin: 0;
+ padding: 0;
+ height: 100%;
+ width: 100%;
}
#root {
+ height: inherit;
+ width: inherit;
}由于我们已经给 html, body 设置了 宽高 100%，所以 root 宽高 设置为 inherit 即可。
第2处修改：
新建文件 src/components/hello-threejs/index.scss，添加 canvas 样式：
.full-screen {
display: block;
width: inherit;
height: inherit;
}canvas 宽高继承于 root，root 继承于 body，而 body 宽高均为 100%，所以最终 canvas 宽高也为 100%，撑满整个屏幕。
特别提醒： 在上面样式中，我们设置了 display 为 block，让 canvas 由 内联元素 改为 块级元素。
为什么要这么做？
因为我们在后面代码中，需要获取 canvas 的 clientWidth(内部实际宽度) 和 clientHeight(内部实际高度)，而内联元素是无法获取到这 2 两个属性值的，因此我们要将画布修改为块级元素。
内联元素和没有 CSS 样式的元素，获取到的 clientWidht 和 clientHeight 的值永远为 0
第3处修改：
在 src/components/hello-threejs/index.stx 中引入并添加样式
+ import './index.scss'
const HelloThreejs: React.FC = () => {
...
return (
<canvas ref={canvasRef} className='full-screen' />
)
}此时，再次执行预览 yarn start，就会发现 canvas 已全屏，充满整个浏览器可见区域。
目前存在的问题：
可以观察到 canvas 是被硬生生由原本的 高150、像素 宽 300 像素给硬生生拉伸成 100%。
所以立方体出现了 扭曲、模糊、锯齿。
那我们继续修改代码。
第4处修改：
修改 src/components/hello-threejs/index.stx 中 render 函数的代码，让镜头宽高比跟随着 canvas 宽高比，确保立方体不变形。
...
const render = (time: number) => {
time = time * 0.001
+ const canvas = renderer.domElement //获取 canvas
+ camera.aspect = canvas.clientWidth / canvas.clientHeight //设置镜头宽高比
+ camera.updateProjectionMatrix() //通知镜头更新视椎(视野)
cubes.map(cube => { ... }
}
...第5处修改：
第4步立方体已经不再变形，但是依然模糊，锯齿感比较明显。原因是渲染器(renderer) 渲染出的画面尺寸小于实际网页 canvas 尺寸。
继续修改 src/components/hello-threejs/index.tsx 中 render 函数的代码。
...
const render = (time: number) => {
time = time * 0.001
const canvas = renderer.domElement //获取 canvas
camera.aspect = canvas.clientWidth / canvas.clientHeight //设置镜头宽高比
camera.updateProjectionMatrix() //通知镜头更新视椎(视野)
+ renderer.setSize(canvas.clientWidth, canvas.clientHeight, false)
+ //第3个参数为可选参数，默认值为 true，false 意思是阻止因渲染内容尺寸发生变化而去修改 canvas 尺寸
cubes.map(cube => { ... }
}
...经过上面一番修改，浏览器中 canvas 里的立方体会变得不变形，且非常清晰。
关于 renderer.setSize() 第 3 个参数的补充说明：
在本示例中 renderer 是 WebGLRenderer 实例。
我查看了一下 WebGLRenderer setSize() 源码：https://github.com/mrdoob/three.js/blob/master/src/renderers/WebGLRenderer.js
发现了其中以下代码片段：
this.setSize = function ( width, height, updateStyle ) {
...
if ( updateStyle !== false ) {
_canvas.style.width = width + 'px';
_canvas.style.height = height + 'px';
}
...
}可以看出，假设第 3 个参数不传值，那么该参数值实际调用时为 undefined，undefined !==false 的值为 true 。
因此我们可以得出结论：setSize() 第 3 个参数的默认值为 true，当我们希望控制尺寸的主动权完全由 canvas 决定时，那么一定要设置第 3 个参数为 false。
如何应对高清屏？
从上面示例可以看出，浏览器中渲染的画面尺寸，完全是按照 CSS 样式尺寸来显示的。
对于高清屏(HD-DPI)来说，那 Three.js 渲染的画面又该有何应对呢？
第1种策略(推荐)：不做任何策略
假设 HD-DP 比例为 3x，即原本 1 像素 则由 3 x 3 ，共 9 个像素来显示。
也就是说原本只需渲染 1 像素，现在需要渲染 9 像素，所消耗的性能是原来的 9 倍。
假设 3D 场景内容稍微复杂一些，那所带来的渲染性能要求会非常高，画面清晰的代价是更高性能的消耗，引起的卡顿 会带来不好的用户体验。
事实上高清屏本身都会做显示优化，即使不做任何处理，画面清晰度并不会明显特别差。
因此，什么都不做，其实是一个非常好的策略。
假设就是想设置成高清屏，那又该如何操作呢？
第2种策略(强烈不推荐)：通过 renderer.setPixelRatio 来配置渲染分辨率倍数
在浏览器中，通过 window.devicePixelRatio 可获得当前屏幕物理分辨率与 CSS 样式分辨率的比值。
然后告知渲染器，以后任何 renderer.setSize 都按照此 比值(倍数) 进行渲染
renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio)强烈不推荐这种做法。
第3种策略(勉强推荐)：按屏幕分辨率比值，计算出对应渲染尺寸
这种策略思路是：通过分辨率比值，计算出实际上应该渲染的最大尺寸，然后渲染出这个尺寸，再将画面内容渲染到 canvas 中。
举例：假设 HD-DP 比例为 3x，即 普通宽 1 像素对应高清屏宽 3 像素。那么可以将 renderer 渲染出比 canvas 实际大 3 倍的画面，然后再将画面以 “压缩” 3 倍的形式填充到 canvas 中，从而实现所谓的 “高清屏渲染”。
这样的操作，会使 渲染器 renderer 像正常渲染一样来执行各种渲染操作。
对应的渲染代码为：
const canvas = renderer.domElement
const ratio = window.devicePixelRatio
const newWidth = Math.floor(canvas.clientWidth * ratio)
const newHeight = Math.floor(canvas.clientHeight * ratio)
renderer.setSize(newWidth,newHeight,false) //特别注意，第 3 个参数一定要为 false尽管第 3 种策略相对第 2 种好一些，但是还是建议选择第 1 种策略，即什么也不做。
你看在线视频时，关于清晰度会做哪种选择？
A：蓝光 1080P，画面超级清晰，但播放时会有点卡顿
B：高清 720 P，画面清晰度能够接受，播放时也非常流畅
至此，关于 Three.js 的入门演示示例，已经结束。
等一等，我们现在的代码正确吗？
目前来说，虽然实际运行没有一点问题，但代码实际上并不是最优的。
现在做给渲染器添加尺寸发生变化的代码是放在了 window.requestAnimationFrame() 中，每一次浏览器刷新都重新计算并设置一次，事实上在浪费着性能。
我们需要改进的地方时：仅在浏览器窗口尺寸发生 resize 事件时去修改 渲染器 即可。
需要说明的地方：
- 监听浏览器窗口尺寸变化，对应的是 window.addEventListener('resize', xxxx)
- 当 React 卸载后，一定记得移除监听 window.removeEventListener('resize', xxxx)
- 为了在移除监听时可以找到 在 useEffect中定义的 resize 事件处理函数，我们会在示例代码中，再通过 useRef 创建一个变量指向 事件处理函数。
最终修改后的代码：
import React, { useRef, useEffect } from 'react'
import { WebGLRenderer, PerspectiveCamera, Scene, BoxGeometry, Mesh, DirectionalLight, MeshPhongMaterial } from 'three'
import './index.scss'
const HelloThreejs: React.FC = () => {
const canvasRef = useRef<HTMLCanvasElement>(null)
const resizeHandleRef = useRef<() => void>()
useEffect(() => {
if (canvasRef.current) {
//创建渲染器
const renderer = new WebGLRenderer({ canvas: canvasRef.current })
//创建镜头
//PerspectiveCamera() 中的 4 个参数分别为：
//1、fov(field of view 的缩写)，可选参数，默认值为 50，指垂直方向上的角度，注意该值是度数而不是弧度
//2、aspect，可选参数，默认值为 1，画布的高宽比，例如画布高300像素，宽150像素，那么意味着高宽比为 2
//3、near，可选参数，默认值为 0.1，近平面，限制摄像机可绘制最近的距离，若小于该距离则不会绘制(相当于被裁切掉)
//4、far，可选参数，默认值为 2000，远平面，限制摄像机可绘制最远的距离，若超出该距离则不会绘制(相当于被裁切掉)
//以上 4 个参数在一起，构成了一个 “视椎”，关于视椎的概念理解，暂时先不作详细描述。
const camera = new PerspectiveCamera(75, 2, 0.1, 5)
//创建场景
const scene = new Scene()
//创建几何体
const geometry = new BoxGeometry(1, 1, 1)
//创建材质
//我们需要让立方体能够反射光，所以不使用MeshBasicMaterial，而是改用MeshPhongMaterial
//const material = new MeshBasicMaterial({ color: 0x44aa88 })
const material1 = new MeshPhongMaterial({ color: 0x44aa88 })
const material2 = new MeshPhongMaterial({ color: 0xc50d0d })
const material3 = new MeshPhongMaterial({ color: 0x39b20a })
//创建网格
const cube1 = new Mesh(geometry, material1)
cube1.position.x = -2
scene.add(cube1)//将网格添加到场景中
const cube2 = new Mesh(geometry, material2)
cube2.position.x = 0
scene.add(cube2)//将网格添加到场景中
const cube3 = new Mesh(geometry, material3)
cube3.position.x = 2
scene.add(cube3)//将网格添加到场景中
const cubes = [cube1, cube2, cube3]
//创建光源
const light = new DirectionalLight(0xFFFFFF, 1)
light.position.set(-1, 2, 4)
scene.add(light)//将光源添加到场景中
//设置透视镜头的Z轴距离，以便我们以某个距离来观察几何体
//之前初始化透视镜头时，设置的近平面为 0.1，远平面为 5
//因此 camera.position.z 的值一定要在 0.1 - 5 的范围内，超出这个范围则画面不会被渲染
camera.position.z = 2
//渲染器根据场景、透视镜头来渲染画面，并将该画面内容填充到 DOM 的 canvas 元素中
//renderer.render(scene, camera)//由于后面我们添加了自动渲染渲染动画，所以此处的渲染可以注释掉
//添加自动旋转渲染动画
const render = (time: number) => {
time = time * 0.001
// cube.rotation.x = time
// cube.rotation.y = time
cubes.forEach(cube => {
cube.rotation.x = time
cube.rotation.y = time
})
renderer.render(scene, camera)
window.requestAnimationFrame(render)
}
window.requestAnimationFrame(render)
const handleResize = () => {
const canvas = renderer.domElement
camera.aspect = canvas.clientWidth / canvas.clientHeight
camera.updateProjectionMatrix()
renderer.setSize(canvas.clientWidth, canvas.clientHeight, false)
}
handleResize() //默认打开时，即重新触发一次
resizeHandleRef.current = handleResize //将 resizeHandleRef.current 与 useEffect() 中声明的函数进行绑定
window.addEventListener('resize', handleResize) //添加窗口 resize 事件处理函数
}
return () => {
if (resizeHandleRef && resizeHandleRef.current) {
window.removeEventListener('resize', resizeHandleRef.current)
}
}
}, [canvasRef])
return (
<canvas ref={canvasRef} className='full-screen' />
)
}
export default HelloThreejs再次补充说明：
尽管代码已经有所改进，但上述代码中，创建 3D 场景的代码都集中在 useEffect(() => { if (canvasRef.current) { ... } }, [canvasRef] ) ，这很显然并不是合理的。
合理的应该是通过 useState() 去将 renderer、camera、scene 等都独立出来定义。
将原本集中的代码分散到更多小的 代码块 中。
包括浏览器窗口 resize 事件处理，都应该添加 防抖 策略。
这里就先暂时这样，不再做改进，等到将来再去做稍微复杂点的 场景应用 时，会再次优化代码结构。
以下内容更新于 2021.05.11
通过 ResizeObserver 来监听画布尺寸变化
在本文以及本教程的所有后面章节中，我们都是通过监听 window resize 事件，在 handleResize 处理函数中重新设置 相机和渲染器 的一些属性配置的。
由于这些示例中实际上只存在一个 <canvas > 标签，画布(canvas) 的尺寸是充满整个浏览器窗口，画布尺寸发生变化的情况只有一种，即 浏览器窗口尺寸发生变化。
但是在实际的项目中，有可能 <canvas > 标签仅仅只占 document.body 中的一部分而已，造成 画布(canvas) 尺寸发生变化，还有以下几种可能：
- 通过 CSS 修改 <canvas > 标签的宽高
- 在 flex 布局下，当其他元素尺寸发生变化时，影响到 <canvas > ，从而造成画布发生尺寸变化。
- ...
很明显，通过 CSS 的变化造成 画布尺寸变化，和 window resize 完全不相关联。
因此我们要寻找其他监听 画布 标签尺寸发生变化的方式。
我们可以通过浏览器最新的 ResizeObserver 来监听 <canvas > 尺寸变化。
ResizeObserver简介
ResizeObserver 是现代浏览器 API 中一个新的内置类，它可以监控某个 DOM 元素尺寸变化。
在 ResizeObserver 出现之前，只能对 window 添加 resize 监听，无法对 DOM 元素添加尺寸变化监听。
observer 单词意思是 “观察”，也就是设计模式中的 “观察模式”，但是我个人习惯性有时候称呼为 “监控模式”
ResizeObserver 一共有 3 个方法：
- observe()：开始监控(观察)某元素尺寸变化
- unobserve()：停止监控(观察)某元素尺寸变化
- disconnect()：取消和结束目标元素上所有的监控(观察)
更多详细介绍，请查阅：
https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/ResizeObserver
实际示例代码：
const handleResize = () => {
const canvas = renderer.domElement
camera.aspect = canvas.clientWidth / canvas.clientHeight
camera.updateProjectionMatrix()
renderer.setSize(canvas.clientWidth, canvas.clientHeight, false)
}
handleResize()
//我们不再添加 window resize 监控(观察)
- window.addEventListener('resize', handleResize)
//改为使用 ResizeObserver 来监控(观察)尺寸变化
+ const resizeObserver = new ResizeObserver(() => {
+ handleResize()
+ })
+ resizeObserver.observe(canvasRef.current)
//当我们卸载组件前，一定要 清除掉 监控(观察)
return () =>{
- window.removeEventListener('resize', resizeHandleRef.current)
+ resizeObserver.disconnect()
}请注意，resizeObserver.observe() 方法中，可以有第 2 个可选参数。
例如：resizeObserver.observe(canvasRef.current, { box: 'border-box' })
如果第 2 个可选参数不填，那么默认值为 { box: 'content-box' }
与本文无关的事情
我在查阅 MDN 关于 ResizeObserver.observer() 介绍时，发现 简体中文(zh-cn) 介绍页中缺少对第 2 个参数，也就是可选参数的中文介绍，于是我就向 MDN 提交了 PR，添加上了该部分。
https://github.com/mdn/translated-content/pull/817
目前该 PR 已经被合并进 main 中，但是正常访问的 MDN 网页中还未更新过来，估计过一段时间就会看到。
或许此刻已经更新了。
以上内容更新于 2021.05.11
那么接下来，会系统学习一下 Three.js 的一些基础理论。
大楼究竟能改多高，取决于地基有多深，加油！