透明

在three.js中，透明很简单，也很困难。

首先，我们来看简单的部分。让我们来制作一个包含8个立方体的场景，它们呈2 * 2 * 2网格排布。

我们从按需渲染文章中的例子开始。例子中原来有3个方格，现在修改到8个。 首先改变makeInstance函数，接收x、y、z参数。

-function makeInstance(geometry, color) {
+function makeInstance(geometry, color, x, y, z) {
  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({color});

  const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
  scene.add(cube);

-  cube.position.x = x;
+  cube.position.set(x, y, z);

  return cube;
}

然后我们来创建8个立方体。

+function hsl(h, s, l) {
+  return (new THREE.Color()).setHSL(h, s, l);
+}

-makeInstance(geometry, 0x44aa88,  0);
-makeInstance(geometry, 0x8844aa, -2);
-makeInstance(geometry, 0xaa8844,  2);

+{
+  const d = 0.8;
+  makeInstance(geometry, hsl(0 / 8, 1, .5), -d, -d, -d);
+  makeInstance(geometry, hsl(1 / 8, 1, .5),  d, -d, -d);
+  makeInstance(geometry, hsl(2 / 8, 1, .5), -d,  d, -d);
+  makeInstance(geometry, hsl(3 / 8, 1, .5),  d,  d, -d);
+  makeInstance(geometry, hsl(4 / 8, 1, .5), -d, -d,  d);
+  makeInstance(geometry, hsl(5 / 8, 1, .5),  d, -d,  d);
+  makeInstance(geometry, hsl(6 / 8, 1, .5), -d,  d,  d);
+  makeInstance(geometry, hsl(7 / 8, 1, .5),  d,  d,  d);
+}

我也调整了摄像机。

const fov = 75;
const aspect = 2;  // the canvas default
const near = 0.1;
-const far = 5;
+const far = 25;
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far);
-camera.position.z = 4;
+camera.position.z = 2;

将背景色调整为白色。

const scene = new THREE.Scene();
+scene.background = new THREE.Color('white');

还添加了第二个灯光，这样立方体的所有面都可以被照亮。

-{
+function addLight(...pos) {
  const color = 0xFFFFFF;
  const intensity = 1;
  const light = new THREE.DirectionalLight(color, intensity);
-  light.position.set(-1, 2, 4);
+  light.position.set(...pos);
  scene.add(light);
}
+addLight(-1, 2, 4);
+addLight( 1, -1, -2);

让立方体变得透明，我们只需要设置transparent和 opacity。opacity为1，物体完全不透明，opacity为0，物体将完全透明。

function makeInstance(geometry, color, x, y, z) {
-  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({color});
+  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
+    color,
+    opacity: 0.5,
+    transparent: true,
+  });

  const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
  scene.add(cube);

  cube.position.set(x, y, z);

  return cube;
}

然后，我们就得到了8个透明的立方体。

在例子中拖拉，来旋转视图。

这好像很简单，但是拉近一些看。立方体背后的面好像消失了。

我们在材质文章中学习了side材质属性。 那么，让我们将side属性设置为THREE.DoubleSide来让每个立方体的所有面都被绘制。

const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
  color,
  map: loader.load(url),
  opacity: 0.5,
  transparent: true,
+  side: THREE.DoubleSide,
});

然后我们得到了

试试看，看起来好像起作用了，我们能看到后面的那些面。不过在更近距离的查看中，有些时候还是看不到。

这种情况之所以会发生，是因为3d物体的一般性绘制方式。对于每个几何体，一次绘制一个三角形。 当三角形的一个像素在被绘制的时候，会记录两件事情。一是像素的颜色，二是像素的深度。当下一个三角形被绘制的时候，对于深度大于先前被记录的深度的像素，将不会被绘制。

这种方式，对于不透明的物体工作得很好。不过，对于透明的物体不能正常工作。

这个问题的解决方案是将透明的物体进行排序，排在后面的物体比排在前面的物体先绘制。 THREE.js对于物体，比如Mesh就是这样做的， 否则上面第一个关于立方体的例子将会失败，因为一些立方体遮挡住了其它的立方体。不幸的是，为一个个的三角形进行排序将会十分的慢。

每个立方体有12个三角形，每个面有2个。三角形绘制的顺序和在几何体中构建的顺序是一致的， 取决于我们从哪个方向看向这些三角形，距离摄像机近一些的先被绘制。因此，在后面的那些三角形不会被绘制。这就是我们看不到后面的面的原因。

对于一个凸状物体，比如球体或是立方体，一种解决方案是将每一个立方体添加到场景中两次。一次带有仅绘制后面三角形的材质，另外一次带有仅绘制前面三角形的材质。

function makeInstance(geometry, color, x, y, z) {
+  [THREE.BackSide, THREE.FrontSide].forEach((side) => {
    const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
      color,
      opacity: 0.5,
      transparent: true,
+      side,
    });

    const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
    scene.add(cube);

    cube.position.set(x, y, z);
+  });
}

上面的办法好像可以工作。

它假定了three.js的排序是稳定的，意味着因为我们先添加了side: THREE.BackSide 的物体，还因为两个物体在同样的位置，这个物体将会在 side: THREE.FrontSide 的物体之前被绘制。

让我们制作2个相交的平面（删除了所有和立方体相关的代码）。 我们将会给每个平面添加纹理。

const planeWidth = 1;
const planeHeight = 1;
const geometry = new THREE.PlaneGeometry(planeWidth, planeHeight);

const loader = new THREE.TextureLoader();

function makeInstance(geometry, color, rotY, url) {
  const texture = loader.load(url, render);
  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
    color,
    map: texture,
    opacity: 0.5,
    transparent: true,
    side: THREE.DoubleSide,
  });

  const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
  scene.add(mesh);

  mesh.rotation.y = rotY;
}

makeInstance(geometry, 'pink',       0,             'resources/images/happyface.png');
makeInstance(geometry, 'lightblue',  Math.PI * 0.5, 'resources/images/hmmmface.png');

这次我们可以使用side: THREE.DoubleSide因为同一时间我们只能看到一个平面的一个面。也请注意到我们将render 函数传递到了纹理加载函数中这样当纹理加载完成的时候，可以重新渲染场景。这是因为这个例子是使用 按需渲染代替了持续渲染。

我们又一次的看到了类似的问题。

这里的解决方案是手动的将每个平面分割为2个，这样它们实际上就没有了交集。

function makeInstance(geometry, color, rotY, url) {
+  const base = new THREE.Object3D();
+  scene.add(base);
+  base.rotation.y = rotY;

+  [-1, 1].forEach((x) => {
    const texture = loader.load(url, render);
+    texture.offset.x = x < 0 ? 0 : 0.5;
+    texture.repeat.x = .5;
    const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
      color,
      map: texture,
      opacity: 0.5,
      transparent: true,
      side: THREE.DoubleSide,
    });

    const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
-    scene.add(mesh);
+    base.add(mesh);

-    mesh.rotation.y = rotY;
+    mesh.position.x = x * .25;
  });
}

你如何完成取决于你。如果我在使用的是Blender这样的模型包，我可能会手动的调整纹理的坐标。这里我们使用的是PlaneGeometry，默认情况下会将纹理拉伸到整个平面。像我们前面讲到过的， 通过设置 texture.repeat和texture.offset，我们可以放缩和移动纹理，在每个平面上得到正确的一半脸的纹理。

上面的代码生成了一个Object3D对象，并且设置为2个平面的parent。旋转一个父级 Object3D 所需要的数学要比没有它时简单一些。

这种解决方案真的只能用于像2个不会改变相交位置的简单物体。

对于添加了纹理的物体，还有一种解决方案是设置alpha测试。

Alpha测试是指像素的alpha值低于某个水平的时候，three.js就不会绘制它。如果我们根本就不绘制某个像素，那么上面提到的深度问题就消失了。 对于具有相对尖锐边缘的纹理，这种方式工作得很好。例子中包含了树或植物上的叶子纹理或者一片草地。

让我们在两个平面上试一下。首先我们使用不同的纹理。上面的纹理都是100%不透明。现在2个纹理是透明的。

回到那两个相交的平面（我们分割之前），让我们使用纹理并且设置alphaTest。

function makeInstance(geometry, color, rotY, url) {
  const texture = loader.load(url, render);
  const material = new THREE.MeshPhongMaterial({
    color,
    map: texture,
-    opacity: 0.5,
    transparent: true,
+    alphaTest: 0.5,
    side: THREE.DoubleSide,
  });

  const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
  scene.add(mesh);

  mesh.rotation.y = rotY;
}

-makeInstance(geometry, 'pink',       0,             'resources/images/happyface.png');
-makeInstance(geometry, 'lightblue',  Math.PI * 0.5, 'resources/images/hmmmface.png');
+makeInstance(geometry, 'white', 0,             'resources/images/tree-01.png');
+makeInstance(geometry, 'white', Math.PI * 0.5, 'resources/images/tree-02.png');

在我们运行之前，让我们添加一点UI，这样我们可以更简单的测试alphaTest 和 transparent 选项。我们将会使用在 three'js中的场景图文章中介绍过的lil-gui。

首先我们为lil-gui创建一个辅助类来为场景中的每种材质设置值。

class AllMaterialPropertyGUIHelper {
  constructor(prop, scene) {
    this.prop = prop;
    this.scene = scene;
  }
  get value() {
    const {scene, prop} = this;
    let v;
    scene.traverse((obj) => {
      if (obj.material && obj.material[prop] !== undefined) {
        v = obj.material[prop];
      }
    });
    return v;
  }
  set value(v) {
    const {scene, prop} = this;
    scene.traverse((obj) => {
      if (obj.material && obj.material[prop] !== undefined) {
        obj.material[prop] = v;
        obj.material.needsUpdate = true;
      }
    });
  }
}

然后我们来添加窗口。

const gui = new GUI();
gui.add(new AllMaterialPropertyGUIHelper('alphaTest', scene), 'value', 0, 1)
    .name('alphaTest')
    .onChange(requestRenderIfNotRequested);
gui.add(new AllMaterialPropertyGUIHelper('transparent', scene), 'value')
    .name('transparent')
    .onChange(requestRenderIfNotRequested);

当然我们需要引用lil-gui。

import * as THREE from 'three';
import {OrbitControls} from 'three/addons/controls/OrbitControls.js';
+import {GUI} from 'three/addons/libs/lil-gui.module.min.js';

下面是结果。

可以看到起作用了，但是当放大看的时候，你可以看到一个平面有白色的线条。

这也是我们上面提到的深度问题。那个平面先被绘制，因此后面的平面将不会被绘制。 没有完美的解决方案。调整alphaTest并且打开或关闭 transparent来为你的场景寻找一个合适的解决方案。

从文章中可以知道，完美的透明是困难的，有着各种问题、取舍和变通方法。

举例来说，你有一辆车。汽车通常会在4个面上有挡风玻璃。如果你想要避免上面提到的排序问题， 你可能不得不将每一扇窗户成为它自己的物体，以便three.js可以排序这些窗户并以正确的顺序绘制它们。

如果你在制作一些植物或是草地，alpha测试是常用的解决方案。

采用那种方案取决于你的需求。