构建一个基础场景

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小牛编辑

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2023-12-01

要构建一个基础的A-Frame场景，你需要具备基本的HTML知识。你将学习如何通过原语（primitives）来添加3D实体（比如对象），应用3D空间变换，使用图片作为纹理贴图，使用动画和事件添加交互性，通过调整光照和添加背景来改变外观，以及使用A-Frame实体-组件生态系统来添加文本。

考虑到A-Frame的读者可能没有3D或VR（乃至编程）经验，我们打算一步步来讲解这些内容。

下面是我们需要最终完成的作品场景，一块漂浮的天外陨石，我们可以先预览下：

我们可以通过按下ctrl+alt+i组合键来打开检测器，来查看场景中的元素。

基础HTML代码

我们以最低要求的HTML结构来开始：

我们通过在 <head>中添加script标签来包含A-Frame框架, 指向一个CDN缓存的A-Frame构建版本。这个必须放在 <a-scene>声明之前，否则 <a-scene>将不起作用。

接下来我们在<body>中声明一个 <a-scene>标签， <a-scene>是场景容器，用来包含所有实体。 <a-scene>处理所有3D所需要的设置：建立WebGL上下文，画布，相机，光照，渲染器，渲染循环以及现成可用的设备平台支持如：HTC Vive, Oculus Rift, Samsung GearVR, 以及智能手机（Google Cardboard）。 <a-scene>帮我们做了很多事情！

添加一个实体

在 <a-scene>里面，我们通过原语 <a-box>来添加一个实体。我们可以把 <a-box>当作普通HTML元素一样使用，定义标签，通过属性来定制它。还有一些其他的原语包括： <a-cylinder>, <a-plane>, or <a-sphere>.

这里我们定义颜色属性(color)，更多 <a-box>的属性请查阅 <a-box>文档（比如： 宽度（width）, 高度（height）, 长度（depth）).

boximage Image by Ruben Mueller from vrjump.de

补充说明一下，原语（primitives）是A-Frame所使用的HTML元素扩展，用来封装底层的实体-构件组合。使用起来很方便，但我们要意识到 <a-box>的内部实现是带geometry和material的一个<a-entity>：

<a-entity geometry="primitive: box" material="color: red"></a-entity>

不过，因为缺省的相机（camera）和盒子（box）都在原点 0 0 0，我们将看不到盒子，除非我们移动它的位置，这可以通过使用 position组件来变换3D空间中的盒子。

3D实体变换

让我们先看看3D空间。A-Frame使用右手坐标系统。默认的摄像机方向：正x轴延伸。 右（right）, 正y轴延伸 上（up）, 正z轴延伸 前（out）对着我们的屏幕：

righthandimage Image from what-when-how.com

A-Frame的距离单位是米（meters），因为 WebVR API以米为单位返回姿势数据。在设计VR场景时，考虑我们创建的实体的真实世界大小是很重要的。一个height="10"的盒子在我们电脑屏幕上看起来很普通的，但是在VR里将显示成真实的大小，那会是一个很高的盒子。

A-Frame的旋转单位是角度（degrees），虽然它会在three.js内部转换为弧度。要确定旋转的正方向，请使用右手规则（right-hand rule）。把大拇指指向正轴的方向，我们手指绕的方向就是旋转的正方向。

要平移，旋转和缩放盒子，我们可以改变位置（position）, 旋转（rotation, 和缩放（scale）组件。让我们首先应用旋转和缩放组件：

<a-scene>  <a-box color="red" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box></a-scene>

上面的代码示例将旋转我们的盒子并放大到两倍。

父子变换

A-Frame HTML代表一个场景图（scene graph）。在场景图中，实体可以有一个单亲和多个孩子。子实体继承其父代的变换（即位置、旋转和缩放）。

例如，盒子有一个球的子对象：

<a-scene>  <a-box position="0 2 0" rotation="0 45 45" scale="2 4 2">    <a-sphere position="1 0 3"></a-sphere>  </a-box></a-scene>

如果我们计算球体的世界位置，它将是1 2 3, 通过将球体的父位置与自己的位置组合而成。同样，对于旋转和缩放，球体将继承盒子的旋转和刻度。球体也会随其父盒子一样旋转和伸展。如果盒子改变了它的位置、旋转或刻度，它将立即适用于球体并影响球体。

如果我们把一个圆柱体作为一个子对象添加到我们的球体，那么圆柱体的变换将同时受到球体和盒子的影响。在底层three.js中，这是通过变换矩阵相乘来实现的。幸运的是，我们不必考虑这个问题！

把我们的盒子放在照相机前面

现在让我们把盒子放到一个对于相机可见的位置上去。我们可以使用位置组件把盒子沿负z轴方向往后退5米，然后往上移动2米，避免跟地面接触：

<a-scene>  <a-box color="red" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box></a-scene>

现在我们就能看到这个盒子了：

boximage2

缺省控制

对于平板显示器（即膝上型电脑、台式机），默认的控制方式是通过点击-拖动鼠标来四下观望以及通过WASD或方向键来四处移动。在手机上，我们可以通过旋转摄像机来四下观望。虽然A-Frame是为WebVR量身定做，这个默认的控制方案在没有头戴设备的情况下也可以使用。

webvrimage

根据Mozilla的VR主页说明建立和进入WebVR。

通过点击护目镜进入VR模式，当然你首先得连接一个VR头戴设备（比如Oculus Rift, HTC Vive），我们可以身临其境地体验场景。如果空间尺度（room-scale）可用，我们还可以在场景中四处行走。

给场景添加一个背景

只需要一行简单的HTML代码，我们就可以添加一个身临其境的背景： <a-sky>是一个围绕着场景的天空背景。 <a-sky>，它是一种应用于球体内部的材料，可以是普通颜色，360°图像，或360°视频。例如，添加一个深灰色的背景代码如下：

<a-scene>  <a-box color="red" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box>  <a-sky color="#222"></a-sky></a-scene>

应用一个图片纹理

确保建立一个本地web服务器，以便能正常加载纹理贴图。

我们可以使用src属性来给这个box应用图片、视频或者<canvas>纹理，就好像普通的<img>元素一样。我们得去掉color="red"，这样避免和纹理产生混合效果。默认材料颜色是white，所以去掉颜色属性就可以了。

<a-scene>  <a-box src="https://i.imgur.com/mYmmbrp.jpg" position="0 2 -5" rotation="0 45 45"    scale="2 2 2"></a-box>  <a-sky color="#222"></a-sky></a-scene>

现在我们将看到一个使用远程图片为纹理的盒子。

boxtextureimage

使用资源管理系统

不过，出于性能考虑我们推荐使用资源管理系统。资产管理系统使浏览器缓存资源更容易（例如，图像，视频，模型），并且A-Frame框架将确保所有的资源都在渲染之前被获取到。

如果我们在资源管理系统里面定义一个<img>，three.js就无需在底层再创建一个<img>。在A-Frame中自行创建 <img>也给了我们更多的控制，让我们在多个实体上重用纹理。同时必要时A-Frame还能自动设置crossOrigin以及其他一些属性。

要将资源管理系统用于图像纹理：

添加<a-assets>到场景中。
将纹理定义为<a-assets>下面的<img>。
给<img>一个HTML ID (e.g., id="boxTexture")。
以DOM选择器格式使用ID来引用资源（src="#boxTexture"）。

<a-scene>  <a-assets>    <img src="https://i.imgur.com/mYmmbrp.jpg">  </a-assets>  <a-box src="#boxTexture" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box>  <a-sky color="#222"></a-sky></a-scene>

添加一张背景图

回到<a-sky>，我们可以使用一张图片纹理来获取一个360°背景图，使用src而不是color：

<a-scene>  <a-assets>    <img src="https://i.imgur.com/mYmmbrp.jpg">    <img      src="https://cdn.aframe.io/360-image-gallery-boilerplate/img/sechelt.jpg">  </a-assets>  <a-box src="#boxTexture" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box>  <a-sky src="#skyTexture"></a-sky></a-scene>

添加地面

要添加一个地面，我们可以使用 <a-plane>。默认情况下，a-plane是平行于XY轴的。要让它与地面平行，我们需要将它和XZ轴确定的平面平行。我们可以通过旋转负90°来完成，在x轴上旋转。

<a-plane rotation="-90 0 0"></a-plane>

我们希望地面很大，这可以增加width和height。每个方向长30米：

<a-plane rotation="-90 0 0"></a-plane>

然后我们可以给地面添加一个图像纹理：

<a-assets>  <!-- ... -->  <img src="https://cdn.aframe.io/a-painter/images/floor.jpg">  <!-- ... --></a-assets><!-- ... --><a-plane src="#groundTexture" rotation="-90 0 0" width="30" height="30"></a-plane><!-- ... -->

要实现格子化效果，我们可以设置repeat属性。 repeat接受2个数字，分别是x和y方向的重复次数（通常称为纹理的U和V）。

<a-plane src="#groundTexture" rotation="-90 0 0" width="30" height="30"  repeat="10 10"></a-plane>

调试光照

我们可以通过<a-light>s来改变场景光照。默认情况下，如果我们不指定任何灯光，A-Frame会帮我们添加一个环境光和一个方向光。否则，场景会是黑色的。一旦我们添加了自己的光源，默认的光源设置将被删除，取而代之的是我们的设置。

我们将添加一个环境光，有淡淡的蓝绿色色调，以配合天空。环境灯光适用于场景中的所有实体（至少得有默认材质）。

我们还将添加一个点光源。点光源就像灯泡，我们可以把它们定位在场景周围，点光源对实体的影响取决于它与实体的距离：

<a-scene>  <a-assets>    <img src="https://i.imgur.com/mYmmbrp.jpg">    <img      src="https://cdn.aframe.io/360-image-gallery-boilerplate/img/sechelt.jpg">    <img src="https://cdn.aframe.io/a-painter/images/floor.jpg">  </a-assets>  <a-box src="#boxTexture" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2"></a-box>  <a-sky src="#skyTexture"></a-sky>  <a-light type="ambient" color="#445451"></a-light>  <a-light type="point" intensity="2" position="2 4 4"></a-light></a-scene>

添加动画

我们可以使用A-Frame内置动画系统来添加动画。动画随时间推移而改变一个数值或者进行插值。我们可以给实体添加 <a-animation>元素，让我们给盒子添加上下漂浮的动画：

<a-scene>  <a-assets>    <img src="https://i.imgur.com/mYmmbrp.jpg">  </a-assets>  <a-box src="#boxTexture" position="0 2 -5" rotation="0 45 45" scale="2 2 2">    <a-animation attribute="position" to="0 2.2 -5" direction="alternate" dur="2000"      repeat="indefinite"></a-animation>  </a-box></a-scene>

我们告诉 <a-animation>：

给位置（position）属性设置动画。
0 2.2. -5，表示向上20厘米高度。
每次循环后更改动画方向（direction）。
设置动画每次循环的持续时间（duration）为2秒。
无限循环上面的动画。

animationgif

高级细节

<a-animation>挂靠在A-Frame渲染循环中，每帧只调用一次。如果你需要更多的控制，需要手动插入或修改值，你可以使用tickhandler和Tween.js这样的库（AFRAME.TWEEN）来编写一个A-Frame组件。为了获得最佳性能，每帧一次的操作应该放在A-Frame层级来执行，不要创造你自己的requestAnimationFrame，A-Frame已经有这个了。

添加交互

让我们添加与盒子的交互：当我们看盒子时，我们会放大盒子，当我们在盒子上点击的时候，我们会让它旋转。

考虑到目前许多开发人员没有合适的带控制器的VR硬件，我们将使用内置的cursor组件来集中讨论基本移动和桌面输入。默认情况下，光标组件提供了默认的“点击”功能：在移动设备上注视，或在桌面上看着实体，并单击鼠标。但是要知道光标组件只是添加交互的一种方式，如果我们能够访问实际的控制器，那么就有可能开发出更多方式。

要得到一个固定跟随camera的光标，我们可以把光标（cursor）放在camera内部作为其子元素，如上面事件侦听器组件

手动处理光标事件的方法之一是使用JS添加一个事件侦听器就像我们使用普通的DOM元素一样。如果您对JavaScript不熟悉，可以跳到下面的事件动画

当要呈现动画的实体发出一个事件时，<a-animation>可以用来启动动画。这可以通过begin属性来完成，该属性接受一个事件名称。

我们可以为光标组件添加2个动画：mouseenter和mouseleave事件来缩放大小，以及click事件为沿Y轴旋转：

<a-box color="#FFF" width="4" height="10" depth="2"       position="-10 2 -5" rotation="0 0 45" scale="2 0.5 3"       src="#texture">  <a-animation attribute="position" to="0 2.2 -5" direction="alternate" dur="2000"    repeat="indefinite"></a-animation>  <!-- These animations will start when the box is looked at. -->  <a-animation attribute="scale" begin="mouseenter" dur="300" to="2.3 2.3 2.3"></a-animation>  <a-animation attribute="scale" begin="mouseleave" dur="300" to="2 2 2"></a-animation>  <a-animation attribute="rotation" begin="click" dur="2000" to="360 405 45"></a-animation></a-box>

添加音频

音频对于在虚拟现实中提供沉浸感是很重要的。即使在背景中添加简单的白噪声也会有很长的路要走。我们建议每个场景都有一些音频。方法是添加一个<audio>元素到我们的HTML（最好是<a-assets>）中来播放一个音频文件：

<a-scene>  <a-assets>    <audio src="https://cdn.aframe.io/basic-guide/audio/backgroundnoise.wav" autoplay      preload></audio>  </a-assets>  <!-- ... --></a-scene>

我们还可以通过<a-sound>添加具有位置感的音频，该音频会随着空间距离而变大变小。我们可以使用position把声音放置在我们的场景中。

<a-scene>  <!-- ... -->  <a-sound src="https://cdn.aframe.io/basic-guide/audio/backgroundnoise.wav" autoplay="true"    position="-3 1 -4"></a-sound>  <!-- ... --></a-scene>

添加文本

A-Frame提供了text组件来添加文字。WebGL显示文本不是那么容易，有许多方法来处理文字，各有优缺点，A-Frame采用SDF文本实现方案，使用了[three-bmfont-text]，简单且性能好。

让我们使用文本组件的原语（primitive）形式<a-text>：

<a-text value="Hello, A-Frame!" color="#BBB"        position="-0.9 0.2 -3" scale="1.5 1.5 1.5"></a-text>

还有一些其他的处理文本的方法：

Text Geometry- 三维文本，渲染代价要高些。
HTML Shader- 把HTML渲染为一个纹理。好处是容易设置样式，缺点是性能糟糕。

打开A-Frame检查器

传统上，我们会使用浏览器的开发工具和DOM检查器来调试网页。A-Frame自行设计了面向VR和3D的开发工具。通过按下组合键 <ctrl> + <alt> + i来打开它。本章开头的场景将在一个可视化工具中被打开，并可以探测对象和实时修改数值。

或者，按下面的按钮：

试着打开检查器，并修改<a-text>实体的内容看看效果。阅读更多如何使用A-Frame检查器。