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Three.js를 이용한 개발 시 개인적으로 빠르게 참조하기 위해 작성한 글입니다.

three.js 기본 프로젝트 생성 (WebGL)

git clone https://github.com/GISDEVCODE/threejs-with-javascript-starter.git .

three.js 기본 프로젝트 생성 (WebGPU)

git clone https://github.com/GISDEVCODE/threejs-webgpu-with-javascript-starter.git .

three.js 기본 프로젝트 생성 (WebGPU + Typescript)

git clone https://github.com/GISDEVCODE/threejs-webgpu-with-typescript-starter.git .

R3F 기본 프로젝트 생성 (Javascript)

git clone https://github.com/GISDEVCODE/r3f-with-javascript-starter.git .

Shader 기본 프로젝트 생성 (Javascript)

git clone https://github.com/GISDEVCODE/shader-with-threejs-javascript-starter .

패키지 최신 버전으로 업데이트

npx npm-check-updates -u

그림자 적용에 대한 코드

renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.type = THREE.VSMShadowMap;

const shadowLight = new THREE.DirectionalLight(0xffe79d, 0.7);
shadowLight.position.set(150, 220, 100);
shadowLight.target.position.set(0,0,0);
shadowLight.castShadow = true;
shadowLight.shadow.mapSize.width = 1024*10;
shadowLight.shadow.mapSize.height = 1024*10;
shadowLight.shadow.camera.top = shadowLight.shadow.camera.right = 1000;
shadowLight.shadow.camera.bottom = shadowLight.shadow.camera.left = -1000;
shadowLight.shadow.camera.far = 800;
shadowLight.shadow.radius = 5;
shadowLight.shadow.blurSamples = 5;
shadowLight.shadow.bias = -0.0002;

const cameraHelper = new THREE.CameraHelper(shadowLight.shadow.camera);
this._scene.add(cameraHelper);

island.receiveShadow = true;
island.castShadow = true;

지오메트리의 좌표 수정

const sphereGeom = new THREE.SphereGeometry(6 + Math.floor(Math.random() * 12), 8, 8);
const sphereGeomPosition = sphereGeom.attributes.position;
for (var i = 0; i < sphereGeomPosition.count; i++) {
    sphereGeomPosition.setY(i, sphereGeomPosition.getY(i) + Math.random() * 4 - 2);
    sphereGeomPosition.setX(i, sphereGeomPosition.getX(i) + Math.random() * 3 - 1.5);
    sphereGeomPosition.setZ(i, sphereGeomPosition.getZ(i) + Math.random() * 3 - 1.5);
}

sphereGeom.computeVertexNormals();
sphereGeom.attributes.position.needsUpdate = true;

지오메트리에 사용자 정의 데이터 주입

// 주입
const waves = [];
const waterGeoPositions = waterGeo.attributes.position;
for (let i = 0; i < waterGeoPositions.count; i++) {
    waves[i] = Math.random() * 100;
}
waterGeo.setAttribute("wave", new THREE.Float32BufferAttribute(waves, 1));

// 읽기
const waves = sea.geometry.attributes.wave;

for(let i=0; i<positions.count; i++) {
    const v = waves.getX(i);
}

안개 설정 코드

scene.fog = new THREE.Fog("rgba(54,219,214,1)", 1000, 1400);

OrbitControls 관련 코드

const controls = new OrbitControls(this._camera, this._divContainer);
controls.minPolarAngle = -Math.PI / 2;
controls.maxPolarAngle = Math.PI / 2 + 0.1;
controls.enableZoom = true;
controls.enablePan = false;
controls.autoRotate = true;
controls.autoRotateSpeed = 0.2;

this._controls = controls;

this._controls.update();

Object3D의 MBR 얻기

const board = this._scene.getObjectByName("Board");
const box = new THREE.Box3().setFromObject(board);
console.log(box);

Mesh의 월드좌표에 대한 position 얻기

mesh.updateMatrixWorld();

const worldPos = new THREE.Vector3();
worldPos.setFromMatrixPosition(mesh.matrixWorld);

Faked Shadow

그림자를 위한 매시에 대한 재질 속성 지정이 핵심. 참고로 shadow에 대한 이미지는 투명 이미지가 아님. 즉, 배경색이 하얀색인 이미지임.

const shadow = new THREE.TextureLoader().load( 'models/gltf/ferrari_ao.png' );

const mesh = new THREE.Mesh(
    new THREE.PlaneGeometry( 0.655 * 4, 1.3 * 4 ),
    new THREE.MeshBasicMaterial( {
        map: shadow, 
        blending: THREE.MultiplyBlending, 
        toneMapped: false, 
        transparent: true
    } )
);
mesh.rotation.x = - Math.PI / 2;
mesh.renderOrder = 2;
carModel.add( mesh );

텍스쳐 이미지 품질 올리기

샘플링 횟수를 올리는 것으로 속도는 느려질 수 있으나 품질은 향상됨

texture.anisotropy = renderer.capabilities.getMaxAnisotropy();

async 리소스 로딩

async function init() {
    const rgbeLoader = new RGBELoader().setPath('textures/equirectangular/');
    const gltfLoader = new GLTFLoader().setPath('models/gltf/DamagedHelmet/glTF/');

    const [texture, gltf] = await Promise.all([
        rgbeLoader.loadAsync( 'venice_sunset_1k.hdr' ),
        gltfLoader.loadAsync( 'DamagedHelmet.gltf' ),
    ]);
}

init().catch(function(err) {
    console.error(err);
});

텍스쳐를 Canvas로 후다닥 만들기

const canvas = document.createElement( 'canvas' );
canvas.width = 1;
canvas.height = 32;

const context = canvas.getContext( '2d' );
const gradient = context.createLinearGradient( 0, 0, 0, 32 );
gradient.addColorStop( 0.0, '#ff0000' );
gradient.addColorStop( 0.5, '#00ff00' );
gradient.addColorStop( 1.0, '#0000ff' );
context.fillStyle = gradient;
context.fillRect( 0, 0, 1, 32 );

const sky = new THREE.Mesh(
	new THREE.SphereGeometry( 10 ),
	new THREE.MeshBasicMaterial( { map: new THREE.CanvasTexture( canvas ), side: THREE.BackSide } )
);
scene.add( sky );

GLTF 파일 로딩

import { GLTFLoader } from "../examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js"

const loader = new GLTFLoader();
loader.load("./data/ring.glb", gltf => {
    const object = gltf.scene;
    this._scene.add(object);
});    

InstancedMesh

const mesh = new THREE.InstancedMesh(geometry, material, 10000)

const matrix = new THREE.Matrix4()
const dummy = new THREE.Object3D()
 
for(let i = 0; i < 10000; i++) {
  mesh.getMatrixAt(i, matrix)
  matrix.decompose(dummy.position, dummy.rotation, dummy.scale)
  
  dummy.rotation.x = Math.random()
  dummy.rotation.y = Math.random()
  dummy.rotation.z = Math.random()

  dummy.updateMatrix()

  mesh.setMatrixAt(i, dummy.matrix)
  mesh.setColorAt(i, new THREE.Color(Math.random() * 0xffffff)
}

mesh.instanceMatrix.needsUpdate()

Image 기반 광원(IBL)

import { RGBELoader } from 'three/examples/jsm/Addons.js'

...

new RGBELoader().setPath("./").load("pine_attic_2k.hdr", (data) => {
  data.mapping = THREE.EquirectangularReflectionMapping;
  // this.scene.background = data;
  // this.scene.backgroundBlurriness = 0.6;
  this.scene.environment = data;
})

GLTF / GLB 파일 로딩

import { GLTFLoader, OrbitControls } from "three/addons/Addons.js"

...

const loader = new GLTFLoader();
loader.load(
  "fileName.glb",
  (gltf) => {
    this._scene.add( gltf.scene );    
  },
  (xhr) => { console.log( ( xhr.loaded / xhr.total * 100 ) + "% loaded" ); },
  (error) => { console.log( "An error happened" ); }
);

Object3D를 빌보드로 만들기

this._mesh.quaternion.copy(this._camera.quaternion );
// or
this._mesh.rotation.setFromRotationMatrix( this._camera.matrix );

FPS 측정

let frameCount = 0;
let lastTime = performance.now();
let fps = 60;

function updateFPS() { // 렌더링 함수에서 호출해야 함
  frameCount++;
  const currentTime = performance.now();
  const deltaTime = currentTime - lastTime;

  if (deltaTime >= 1000) {
    fps = Math.round((frameCount * 1000) / deltaTime);
    frameCount = 0;
    lastTime = currentTime;
  }
}

FPS 제한하기

requestAnimationFrame로 렌더링을 수행하면 최대한 많은 프레임을 생성하기 됨. 아래는 원하는 프레임수로 제한하기 위해 다음 코드로 30 프레임 제한입니다.

  _elapsedTime = 0;
  _fps = 1 / 60
  render() {
    const delta = this._clock.getDelta();
    this.update(delta);
    this._elapsedTime += delta;
    
    if (this._elapsedTime >= (this._fps)) {
      this._stats.begin();
      this._renderer.render(this._scene, this._camera);
      this._stats.end();
      this._elapsedTime %= this._fps;
    }

    requestAnimationFrame(this.render.bind(this));
  }

화면 좌표를 월드 좌표로 변환하는 함수

// 스크린 좌표 -> 월드 좌표 변환 함수
screenToWorld(screenX, screenY, ndcZ = 0.5) { // ndcZ=0.5로 설정 (카메라 방향)
  // 1. 화면 픽셀 좌표를 정규화된 디바이스 좌표(NDC)로 변환
  const ndcX = (screenX / this._divContainer.clientWidth) * 2 - 1;
  const ndcY = -(screenY / this._divContainer.clientHeight) * 2 + 1;

  // 2. NDC를 3D 공간의 Ray로 변환
  const vector = new THREE.Vector3(ndcX, ndcY, ndcZ);
  vector.unproject(this._camera);

  // 3. Ray를 따라 월드 좌표를 계산
  return vector;
}

screenToWorldAtZ(screenX, screenY, targetZ = 0) {
  // 1. 화면 픽셀 좌표 -> NDC 변환
  const ndcX = (screenX / this._divContainer.clientWidth) * 2 - 1;
  const ndcY = -(screenY / this._divContainer.clientHeight) * 2 + 1;

  // 2. NDC -> Ray 생성
  const raycaster = new THREE.Raycaster();
  const vector = new THREE.Vector2(ndcX, ndcY);
  raycaster.setFromCamera(vector, this._camera);

  // 3. Ray와 z=targetZ 평면의 교차점 계산
  const direction = raycaster.ray.direction;
  const origin = raycaster.ray.origin;
  const t = (targetZ - origin.z) / direction.z;

  const worldPoint = origin.clone().add(direction.multiplyScalar(t));
  return worldPoint;
}

모델을 화면 중심에 표시하기

_zoomFix(model, distanceFactor = 1.5) {
  const box = new THREE.Box3().setFromObject(model);
  const center = box.getCenter(new THREE.Vector3());

  model.position.sub(center);

  const size = box.getSize(new THREE.Vector3());
  const maxDimension = Math.max(size.x, size.y, size.z);
  const cameraDistance = maxDimension * distanceFactor;
  this._camera.position.set(0, 0, cameraDistance);
  this._camera.lookAt(this._scene.position);
}

모델의 특정 페이스에 대한 법선 벡터 구하기

_getNormal(mesh, faceIndex) {
  const normalAttribute = mesh.geometry.getAttribute("normal");
  const index = mesh.geometry.index;
  const faceStartIndex = faceIndex * 3;

  const vertexIndexA = index.getX(faceStartIndex);
  const vertexIndexB = index.getX(faceStartIndex + 1);
  const vertexIndexC = index.getX(faceStartIndex + 2);

  const normalA = new THREE.Vector3();
  const normalB = new THREE.Vector3();
  const normalC = new THREE.Vector3();
  const faceNormal = new THREE.Vector3();

  normalA.fromBufferAttribute(normalAttribute, vertexIndexA);
  normalB.fromBufferAttribute(normalAttribute, vertexIndexB);
  normalC.fromBufferAttribute(normalAttribute, vertexIndexC);

  faceNormal.addVectors(normalA, normalB).add(normalC).divideScalar(3).normalize();

  return faceNormal;
}

어떤 위치에서 매시에 가장 가까운 매시 표면의 위치를 얻는 코드

아래 함수의 point 파라메터는 어떤 위치이고 mesh 파라메터가 대상 메시입니다. point에서 가장 가까운 매시 표면의 좌표가 변환됩니다.

findClosestPointOnMesh(/* Vector3 */ point, /* Mesh */ mesh) {
  const geometry = mesh.geometry;
  const vertices = geometry.attributes.position;
  const indices = geometry.index ? geometry.index.array : null;

  let closestPoint = new THREE.Vector3();
  let minDistance = Infinity;

  const localPoint = mesh.worldToLocal(point);

  if (indices) {
    for (let i = 0; i < indices.length; i += 3) {
      const a = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, indices[i]);
      const b = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, indices[i + 1]);
      const c = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, indices[i + 2]);

      const tempPoint = new THREE.Vector3();
      const triangle = new THREE.Triangle(a, b, c);
      triangle.closestPointToPoint(localPoint, tempPoint);

      const distance = localPoint.distanceTo(tempPoint);
      if (distance < minDistance) {
        minDistance = distance;
        closestPoint.copy(tempPoint);
      }
    }
  } else {
    for (let i = 0; i < vertices.count; i += 3) {
      const a = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, i);
      const b = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, i + 1);
      const c = new THREE.Vector3().fromBufferAttribute(vertices, i + 2);

      const tempPoint = new THREE.Vector3();
      const triangle = new THREE.Triangle(a, b, c);
      triangle.closestPointToPoint(localPoint, tempPoint);

      const distance = localPoint.distanceTo(tempPoint);
      if (distance < minDistance) {
        minDistance = distance;
        closestPoint.copy(tempPoint);
      }
    }
  }

  return mesh.localToWorld(closestPoint);
}

아래는 위의 함수가 적용된 실행 화면인데, 노란색 포인트 위치가 임의의 위치(point 파라메터)이고 빨간색이 함수의 결과 좌표입니다.

DataTexture를 이용한 Raw 데이터로 텍스쳐 생성

    const width = 256;
    const height = 256;
    const size = width * height;
    const data = new Uint8Array(4 * size); // RGBA 데이터

    for (let i = 0; i < size; i++) {
      const stride = i * 4;

      data[stride] = Math.floor(Math.random() * 256);     // R
      data[stride + 1] = Math.floor(Math.random() * 256); // G
      data[stride + 2] = Math.floor(Math.random() * 256); // B
      data[stride + 3] = 255;                             // A
    }

    const texture = new THREE.DataTexture(data, width, height);
    texture.needsUpdate = true;

    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ map: texture });
    const mesh = new THREE.Mesh(new THREE.PlaneGeometry(4, 4), material);
    this._scene.add(mesh);

여러 개의 지오메트리들을 한 개의 지오메트리로 병합하기

const mat3 = new THREE.MeshBasicMaterial();
const pumpkin = await this.loadGLTF('./resources/models/pumpkin.glb');
const geos = [];

// 아래의 2줄에 대한 변환 코드는 updateMatrixWorld 매서드가 실행되면 변환 값이 matrixWorld에 반영됨
pumpkin.children[0].position.set(0, 0, 0);
pumpkin.children[0].scale.setScalar(0.01);

pumpkin.children[0].traverse(child => {
  child.updateMatrixWorld(); 
  if(child.isMesh) {
    if(child.geometry) {
      const attribute = child.geometry.getAttribute('position').clone();
      const geometry = new THREE.BufferGeometry();
      geometry.setIndex(child.geometry.index);
      geometry.setAttribute('position', attribute);
      geometry.applyMatrix4(child.matrixWorld);
      geos.push(geometry);
    }
  }
});
const combinedGeometry = BufferGeometryUtils.mergeGeometries(geos);
const combinedMesh = new THREE.Mesh(combinedGeometry, mat3);

마우스 커서 위치에 대한 3차원 공간 좌표(평면 기준) 얻기

const mouse3D = new THREE.Vector3(0, 0, 0);
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const intersectionPlane = new THREE.Plane(new THREE.Vector3(0, 1, 0), 0);

window.addEventListener('mousemove', (event) => {
  const mouse = new THREE.Vector2(
    (event.clientX / window.innerWidth) * 2 - 1,
    -(event.clientY / window.innerHeight) * 2 + 1
  );
  raycaster.setFromCamera(mouse, camera);

  // Plane 수학 모델을 통한 마우스 커서의 Plane 상의 3차원 위치 얻기(mouse3D에 저장)
  raycaster.ray.intersectPlane(intersectionPlane, mouse3D);
});

OrbitControls 등으로 카메라가 회전될때 Plane 역시 카메라 방향으로 회전시켜야 하는데, 이에 대한 코드는 다음과 같다.

...
const intersectionPlane = new THREE.Plane(new THREE.Vector3(0, 1, 0), 0);
const helper = new THREE.PlaneHelper(plane, 1, 0xffff00);
this.scene.add(helper);

window.addEventListener('mousemove', (event) => {
  ...
  raycaster.setFromCamera(mouse, camera);

  // plane을 항상 카메라 방향을 향하도록 하기
  const normal = new THREE.Vector3();
  this.camera.getWorldDirection(normal);

  // plane normal을 카메라 방향으로 설정
  plane.normal.copy(normal.negate());

  // plane을 카메라 위치에 맞추고 싶다면
  // plane.constant = - this.camera.position.dot(plane.normal);

  // helper.updateMatrixWorld(true); // optional
  // .

  // Plane 수학 모델을 통한 마우스 커서의 Plane 상의 3차원 위치 얻기(mouse3D에 저장)
  raycaster.ray.intersectPlane(intersectionPlane, mouse3D);
});

TSL 노드함수인 instancedArray로 생성된 GPU 메모리를 CPU 메모리의 배열형태로 가져오기

this.velocityBuffer = instancedArray(this.COUNT, 'vec3');

...

const resultBuffer = await renderer.getArrayBufferAsync(this.velocityBuffer.value);
const resultArray = new Float32Array(resultBuffer);
console.log(resultArray)

billboarding TSL

material.vertexNode = billboarding({ horizontal: true, vertical: true });

편미분에 의한 노말 벡터 구하기

const normalVector = Fn(([pos]) => {
  const dU = dFdx(pos).toConst(), dV = dFdy(pos).toConst();
  return transformNormalToView(cross(dU, dV).normalize());
  // return cross(dU, dV).normalize();
});

normalVector의 인자값으로 positionLocal 노드가 올 수 있다.