使用 Three.js + 粒子系统绘制酷炫的地图动画
通过 Three.js 和 GSAP（TweenMax）的结合，演示如何用简短的代码实现一个“点阵地图”效果。本文示例使用的地图是一张透明背景的世界地图，最终把它呈现为漫天飞舞的粒子并动态交换位置，实现奇妙的视觉体验。
一、项目初始化
1. 引入库文件
在开始正式绘制之前，我们需要先引入以下三个主要的库文件：
- Three.js：用于 3D 场景搭建、对象和灯光的渲染；
- GSAP/TweenMax：用于动画控制，能轻松实现平滑的过渡效果；
- 一个地图 PNG 图片：最好是带透明背景的图片，制作粒子时可忽略背景。
在示例中通过 CDN 引入脚本：
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/r72/three.min.js"></script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/gsap/1.18.0/TweenMax.min.js"></script>同时，确保你的 HTML/CSS 结构能够让画面铺满全屏：
body,
html,
canvas {
width: 100%;
height: 100%;
padding: 0;
margin: 0;
overflow: hidden;
}2. 准备基本的 Three.js 环境
- 场景（Scene）：容纳所有 3D 对象和元素。
- 相机（Camera）：决定观察角度和视野范围。
- 渲染器（Renderer）：负责将 3D 场景渲染到 2D 画布上。
代码中通过以下方式进行初始化：
renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.getElementById("map"),
antialias: true, // 开启抗锯齿
});
renderer.setSize(ww, wh);
renderer.setClearColor(0x1d1f23); // 设置背景色
scene = new THREE.Scene();
// 设置透视相机
camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, ww / wh, 0.1, 10000);
camera.position.set(-100, 0, 220);
camera.lookAt(centerVector); // 中心点为(0,0,0)
scene.add(camera);二、读取图片像素并生成粒子
1. 获取图片像素
在浏览器中，我们可以先用一个离屏的 <canvas> 绘制图片，再通过 getImageData() 方法读取其像素信息。代码中封装成一个 getImageData() 函数，用于后续对像素进行遍历操作。
/**
* 获取图片像素数据
* @param {Image} image - 需要处理的图片
* @returns {ImageData} - 返回图片的像素数据
*/
var getImageData = function (image) {
var canvas = document.createElement("canvas");
canvas.width = image.width;
canvas.height = image.height;
var ctx = canvas.getContext("2d");
ctx.drawImage(image, 0, 0);
return ctx.getImageData(0, 0, image.width, image.height);
};加载完图片后，再把这个 ImageData 用于创建粒子。示例使用的是一张世界地图 transparentMap.png。
texture = THREE.ImageUtils.loadTexture(
"https://s3-us-west-2.amazonaws.com/s.cdpn.io/127738/transparentMap.png",
undefined,
function () {
imagedata = getImageData(texture.image);
drawTheMap();
}
);2. 将像素转换为粒子
接下来，通过遍历图像像素，提取每个不透明（Alpha 大于某个阈值）的点，创建对应的粒子。
var drawTheMap = function () {
var geometry = new THREE.Geometry();
var material = new THREE.PointsMaterial({
size: 3,
color: 0x313742,
sizeAttenuation: false, // 粒子大小不会随距离改变
});
// 遍历图片像素，创建粒子
for (var y = 0; y < imagedata.height; y += 2) {
for (var x = 0; x < imagedata.width; x += 2) {
// imagedata.data 的每个像素包含RGBA 4个通道
// 每个像素点的 alpha 通道索引为 x * 4 + y * 4 * width + 3
if (imagedata.data[x * 4 + y * 4 * imagedata.width + 3] > 128) {
// 创建一个 3D 向量对象来表示粒子位置
var vertex = new THREE.Vector3();
// 初始位置随机分布
vertex.x = Math.random() * 1000 - 500;
vertex.y = Math.random() * 1000 - 500;
vertex.z = -Math.random() * 500;
// 设置最终目标位置（地图形状对应的像素坐标）
vertex.destination = {
x: x - imagedata.width / 2,
y: -y + imagedata.height / 2,
z: 0,
};
// 设置粒子运动速度
vertex.speed = Math.random() / 200 + 0.015;
geometry.vertices.push(vertex);
}
}
}
particles = new THREE.Points(geometry, material);
scene.add(particles);
requestAnimationFrame(render);
};三、渲染与动画
1. 粒子运动
我们希望粒子能从初始的随机位置缓慢移动到目标位置，这里可以用 “线性插值”(linear interpolation) 来更新粒子坐标。
for (var i = 0, j = particles.geometry.vertices.length; i < j; i++) {
var particle = particles.geometry.vertices[i];
particle.x += (particle.destination.x - particle.x) * particle.speed;
particle.y += (particle.destination.y - particle.y) * particle.speed;
particle.z += (particle.destination.z - particle.z) * particle.speed;
}每帧都将粒子往目标点进行一点点的平滑移动，速度由 particle.speed 决定。
2. 交换位置
为了让画面更活跃，我们在代码中还加了一段“交换位置”的动画：每隔 100ms 随机挑选两个粒子，然后使用 GSAP （TweenMax）为它们的 X、Y 坐标做对调动画。这样能打破所有粒子都只是一味朝目标运动的规律性，带来更随机有趣的效果：
if (a - previousTime > 100) {
var index = Math.floor(Math.random() * particles.geometry.vertices.length);
var particle1 = particles.geometry.vertices[index];
var particle2 =
particles.geometry.vertices[particles.geometry.vertices.length - index];
TweenMax.to(particle1, Math.random() * 2 + 1, {
x: particle2.x,
y: particle2.y,
ease: Power2.easeInOut,
});
TweenMax.to(particle2, Math.random() * 2 + 1, {
x: particle1.x,
y: particle1.y,
ease: Power2.easeInOut,
});
previousTime = a;
}3. 相机旋转
为了更具动态感，让相机绕中心点旋转也很常见。这里基于时间戳 a 来调整相机位置：
camera.position.x = Math.sin(a / 5000) * 100;
camera.lookAt(centerVector);四、完整代码
示例完整的 HTML 代码如下，你只需将其中的 <script> 部分与对应的 <style>、<canvas> 按需放到自己的项目中即可：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
<title>Document</title>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/r72/three.min.js"></script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/gsap/1.18.0/TweenMax.min.js"></script>
<style>
body,
html,
canvas {
width: 100%;
height: 100%;
padding: 0;
margin: 0;
overflow: hidden;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="map"></canvas>
<script>
// 声明全局变量
var renderer, scene, camera, ww, wh, particles;
// 设置窗口宽高
(ww = window.innerWidth), (wh = window.innerHeight);
// 创建中心点向量
var centerVector = new THREE.Vector3(0, 0, 0);
var previousTime = 0;
/**
* 获取图片像素数据
* @param {Image} image - 需要处理的图片
* @returns {ImageData} - 返回图片的像素数据
*/
var getImageData = function (image) {
var canvas = document.createElement("canvas");
canvas.width = image.width;
canvas.height = image.height;
var ctx = canvas.getContext("2d");
ctx.drawImage(image, 0, 0);
return ctx.getImageData(0, 0, image.width, image.height);
};
/**
* 绘制粒子地图
* 根据图片像素数据创建粒子系统
*/
var drawTheMap = function () {
var geometry = new THREE.Geometry();
// 设置粒子材质
var material = new THREE.PointsMaterial({
size: 3,
color: 0x313742,
sizeAttenuation: false, // 粒子大小不会随距离改变
});
// 遍历图片像素，创建粒子
for (var y = 0, y2 = imagedata.height; y < y2; y += 2) {
for (var x = 0, x2 = imagedata.width; x < x2; x += 2) {
// 只处理不透明的像素点
if (imagedata.data[x * 4 + y * 4 * imagedata.width + 3] > 128) {
var vertex = new THREE.Vector3();
// 设置粒子初始随机位置
vertex.x = Math.random() * 1000 - 500;
vertex.y = Math.random() * 1000 - 500;
vertex.z = -Math.random() * 500;
// 设置粒子目标位置
vertex.destination = {
x: x - imagedata.width / 2,
y: -y + imagedata.height / 2,
z: 0,
};
// 设置粒子运动速度
vertex.speed = Math.random() / 200 + 0.015;
geometry.vertices.push(vertex);
}
}
}
particles = new THREE.Points(geometry, material);
scene.add(particles);
requestAnimationFrame(render);
};
/**
* 初始化场景
*/
var init = function () {
// 允许跨域加载图片
THREE.ImageUtils.crossOrigin = "";
// 初始化渲染器
renderer = new THREE.WebGLRenderer({
canvas: document.getElementById("map"),
antialias: true, // 开启抗锯齿
});
renderer.setSize(ww, wh);
renderer.setClearColor(0x1d1f23);
scene = new THREE.Scene();
camera = new THREE.PerspectiveCamera(50, ww / wh, 0.1, 10000);
camera.position.set(-100, 0, 220);
camera.lookAt(centerVector);
scene.add(camera);
// 加载地图贴图
texture = THREE.ImageUtils.loadTexture(
"https://s3-us-west-2.amazonaws.com/s.cdpn.io/127738/transparentMap.png",
undefined,
function () {
imagedata = getImageData(texture.image);
drawTheMap();
}
);
window.addEventListener("resize", onResize, false);
};
/**
* 窗口大小改变时更新渲染
*/
var onResize = function () {
ww = window.innerWidth;
wh = window.innerHeight;
renderer.setSize(ww, wh);
camera.aspect = ww / wh;
camera.updateProjectionMatrix();
};
/**
* 渲染动画
* @param {number} a - 当前时间戳
*/
var render = function (a) {
requestAnimationFrame(render);
// 更新所有粒子位置
for (var i = 0, j = particles.geometry.vertices.length; i < j; i++) {
var particle = particles.geometry.vertices[i];
// 使用线性插值计算新的位置
particle.x += (particle.destination.x - particle.x) * particle.speed;
particle.y += (particle.destination.y - particle.y) * particle.speed;
particle.z += (particle.destination.z - particle.z) * particle.speed;
}
// 每100ms随机选择两个粒子交换位置
if (a - previousTime > 100) {
var index = Math.floor(
Math.random() * particles.geometry.vertices.length
);
var particle1 = particles.geometry.vertices[index];
var particle2 =
particles.geometry.vertices[
particles.geometry.vertices.length - index
];
// 使用TweenMax创建动画效果
TweenMax.to(particle, Math.random() * 2 + 1, {
x: particle2.x,
y: particle2.y,
ease: Power2.easeInOut,
});
TweenMax.to(particle2, Math.random() * 2 + 1, {
x: particle1.x,
y: particle1.y,
ease: Power2.easeInOut,
});
previousTime = a;
}
// 更新粒子系统
particles.geometry.verticesNeedUpdate = true;
// 相机围绕中心点旋转
camera.position.x = Math.sin(a / 5000) * 100;
camera.lookAt(centerVector);
renderer.render(scene, camera);
};
// 启动初始化
init();
</script>
</body>
</html>代码
https://codepen.io/Mamboleoo/pen/JYJPJr (opens in a new tab)