Three.jsでBoneをあつかう

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2016/07/06

Three.jsでBoneをあつかう

3Dでアニメーションを実装する場合に、
オブジェクトに骨組み（Bone）を予め設定しておいて、
その骨組みを動かすことで、オブジェクトをアニメーションさせる、
ボーンアニメーションという仕組みがあります。

Three.jsには、このボーンアニメーションの仕組も準備されています。

↓作ってみたもの(Three.js公式のDEMOを基にしています)
DEMO

方法

ボーンの設定は、おおよそ以下の様な流れで行います。

オブジェクトを設置する
ボーン(関節)を設置する
ボーンからスケルトン(ボーンを合わせたもの)を作成する
オブジェクトとスケルトンをbindする

記事の最後にコードの全文を載せています。こちらは、Three.jsの公式DEMOを基に、一部書き換えたものです。

ポイントは、以下の箇所です。


    function createBones ( sizing ) {

        bones = [];

        var prevBone = new THREE.Bone();
        bones.push( prevBone );
        prevBone.position.y = - sizing.halfHeight;

        for ( var i = 0; i < sizing.segmentCount; i ++ ) {

            var bone = new THREE.Bone();
            bone.position.y = sizing.segmentHeight;
            bones.push( bone );
            prevBone.add( bone );
            prevBone = bone;

        }

        return bones;

    };

function createBones ( sizing ) {

bones = [];

var prevBone = new THREE.Bone();

bones.push( prevBone );

prevBone.position.y = - sizing.halfHeight;

for ( var i = 0; i < sizing.segmentCount; i ++ ) {

var bone = new THREE.Bone();

bone.position.y = sizing.segmentHeight;

bones.push( bone );

prevBone.add( bone );

prevBone = bone;

}

return bones;

};


        //オブジェクトをシーンに追加
        var mesh = new THREE.SkinnedMesh( geometry,	material );
        //スケルトンをシーンに追加
        var skeleton = new THREE.Skeleton( bones );

        //ボーンの１つ目をシーンに追加
        mesh.add( bones[ 0 ] );
        //オブジェクトにスケルトンをbind
        mesh.bind( skeleton );

        //ボーンを可視化
        skeletonHelper = new THREE.SkeletonHelper( mesh );
        skeletonHelper.material.linewidth = 2;
        scene.add( skeletonHelper );

//オブジェクトをシーンに追加

var mesh = new THREE.SkinnedMesh( geometry, material );

//スケルトンをシーンに追加

var skeleton = new THREE.Skeleton( bones );

//ボーンの１つ目をシーンに追加

mesh.add( bones[ 0 ] );

//オブジェクトにスケルトンをbind

mesh.bind( skeleton );

//ボーンを可視化

skeletonHelper = new THREE.SkeletonHelper( mesh );

skeletonHelper.material.linewidth = 2;

scene.add( skeletonHelper );

THREE.Bone()で骨格の一部を作成し、
それを基にスケルトン(ボーン全体)を作成します。

更にそれを.bind()によって、オブジェクトに設置します。

あとは、


mesh.skeleton.bones[n].rotation.z = 1

1	mesh.skeleton.bones[n].rotation.z = 1

と言った形式で、ボーンを変形・移動させることで、オブジェクトを変形・移動させることができるようになります。


"use strict";

(function () {

    var gui, scene, camera, renderer, orbit, ambientLight, lights, mesh, bones, skeletonHelper;

    var state = {

        animateBones : false

    };

    function initScene () {

        var wrapperElm = document.getElementById("canvas-frame");
        scene = new THREE.Scene();
        camera = new THREE.PerspectiveCamera( 80, wrapperElm.clientWidth / wrapperElm.clientHeight, 0.1, 200 );
        camera.position.z = 50;
        camera.position.y = 10;

        renderer = new THREE.WebGLRenderer( { antialias: true } );
        renderer.setPixelRatio( window.devicePixelRatio );
        renderer.setSize( wrapperElm.clientWidth, wrapperElm.clientHeight );
        wrapperElm.appendChild( renderer.domElement );

        //環境光の設置
        ambientLight = new THREE.AmbientLight( 0x000000 );
        scene.add( ambientLight );

        //点光源の設置
        lights = [];
        lights[ 0 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );
        lights[ 1 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );
        lights[ 2 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );
        lights[ 0 ].position.set( 0, 200, 0 );
        lights[ 1 ].position.set( 100, 200, 100 );
        lights[ 2 ].position.set( - 100, - 200, - 100 );
        scene.add( lights[ 0 ] );
        scene.add( lights[ 1 ] );
        scene.add( lights[ 2 ] );

        //windowのリサイズに対応
        window.addEventListener( 'resize', function () {

            camera.aspect = wrapperElm.clientWidth / wrapperElm.clientHeight;
            camera.updateProjectionMatrix();

            renderer.setSize( wrapperElm.clientWidth,  wrapperElm.clientHeight );

        }, false );

        //要素をクリックしたときに、アニメーションの設定をToggle
        wrapperElm.addEventListener( 'click', function() {
            if(state.animateBones)
                state.animateBones = false;
            else {
                state.animateBones = true;
            }
        } );

        initBones();

    }

    function createGeometry ( sizing ) {

        var geometry = new THREE.CylinderGeometry(
            5,                       // radiusTop
            5,                       // radiusBottom
            sizing.height,           // height
            8,                       // radiusSegments
            sizing.segmentCount * 3, // heightSegments
            true                     // openEnded
        );

        for ( var i = 0; i < geometry.vertices.length; i ++ ) {

            var vertex = geometry.vertices[ i ];
            var y = ( vertex.y + sizing.halfHeight );

            var skinIndex = Math.floor( y / sizing.segmentHeight );
            var skinWeight = ( y % sizing.segmentHeight ) / sizing.segmentHeight;

            geometry.skinIndices.push( new THREE.Vector4( skinIndex, skinIndex + 1, 0, 0 ) );
            geometry.skinWeights.push( new THREE.Vector4( 1 - skinWeight, skinWeight, 0, 0 ) );

        }

        return geometry;

    };

    function createBones ( sizing ) {

        bones = [];

        var prevBone = new THREE.Bone();
        bones.push( prevBone );
        prevBone.position.y = - sizing.halfHeight;

        for ( var i = 0; i < sizing.segmentCount; i ++ ) {

            var bone = new THREE.Bone();
            bone.position.y = sizing.segmentHeight;
            bones.push( bone );
            prevBone.add( bone );
            prevBone = bone;

        }

        return bones;

    };

    function createMesh ( geometry, bones ) {

        var material = new THREE.MeshPhongMaterial( {
            skinning : true,
            color: 0x156289,
            emissive: 0x072534,
            side: THREE.DoubleSide,
            shading: THREE.FlatShading
        } );

        var mesh = new THREE.SkinnedMesh( geometry,	material );
        var skeleton = new THREE.Skeleton( bones );

        mesh.add( bones[ 0 ] );

        mesh.bind( skeleton );

        //ボーンを可視化
        skeletonHelper = new THREE.SkeletonHelper( mesh );
        skeletonHelper.material.linewidth = 2;
        scene.add( skeletonHelper );

        return mesh;

    };

    function initBones () {

        var segmentHeight = 8;
        var segmentCount = 4;
        var height = segmentHeight * segmentCount;
        var halfHeight = height * 0.5;

        var sizing = {
            segmentHeight : segmentHeight,
            segmentCount : segmentCount,
            height : height,
            halfHeight : halfHeight
        };

        var geometry = createGeometry( sizing );
        var bones = createBones( sizing );
        mesh = createMesh( geometry, bones );

        mesh.scale.multiplyScalar( 1.25 );
        scene.add( mesh );

    };

    function render () {

        requestAnimationFrame( render );

        var time = Date.now() * 0.001;

        var bone = mesh;


        //Wiggle the bones
        if ( state.animateBones ) {

            for ( var i = 0; i < mesh.skeleton.bones.length; i ++ ) {

                mesh.skeleton.bones[ i ].rotation.z = Math.sin( time ) * 2 / mesh.skeleton.bones.length;

            }

        }

        skeletonHelper.update();

        renderer.render( scene, camera );

    };

    initScene();
    mesh.skeleton.bones[2].rotation.z = 1; //boneの3つ目を回転させておく
    render();

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"use strict";

(function () {

var gui, scene, camera, renderer, orbit, ambientLight, lights, mesh, bones, skeletonHelper;

var state = {

animateBones : false

};

function initScene () {

var wrapperElm = document.getElementById("canvas-frame");

scene = new THREE.Scene();

camera = new THREE.PerspectiveCamera( 80, wrapperElm.clientWidth / wrapperElm.clientHeight, 0.1, 200 );

camera.position.z = 50;

camera.position.y = 10;

renderer = new THREE.WebGLRenderer( { antialias: true } );

renderer.setPixelRatio( window.devicePixelRatio );

renderer.setSize( wrapperElm.clientWidth, wrapperElm.clientHeight );

wrapperElm.appendChild( renderer.domElement );

//環境光の設置

ambientLight = new THREE.AmbientLight( 0x000000 );

scene.add( ambientLight );

//点光源の設置

lights = [];

lights[ 0 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );

lights[ 1 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );

lights[ 2 ] = new THREE.PointLight( 0xffffff, 1, 0 );

lights[ 0 ].position.set( 0, 200, 0 );

lights[ 1 ].position.set( 100, 200, 100 );

lights[ 2 ].position.set( - 100, - 200, - 100 );

scene.add( lights[ 0 ] );

scene.add( lights[ 1 ] );

scene.add( lights[ 2 ] );

//windowのリサイズに対応

window.addEventListener( 'resize', function () {

camera.aspect = wrapperElm.clientWidth / wrapperElm.clientHeight;

camera.updateProjectionMatrix();

renderer.setSize( wrapperElm.clientWidth, wrapperElm.clientHeight );

}, false );

//要素をクリックしたときに、アニメーションの設定をToggle

wrapperElm.addEventListener( 'click', function() {

if(state.animateBones)

state.animateBones = false;

else {

state.animateBones = true;

}

} );

initBones();

}

function createGeometry ( sizing ) {

var geometry = new THREE.CylinderGeometry(

5, // radiusTop

5, // radiusBottom

sizing.height, // height

8, // radiusSegments

sizing.segmentCount * 3, // heightSegments

true // openEnded

);

for ( var i = 0; i < geometry.vertices.length; i ++ ) {

var vertex = geometry.vertices[ i ];

var y = ( vertex.y + sizing.halfHeight );

var skinIndex = Math.floor( y / sizing.segmentHeight );

var skinWeight = ( y % sizing.segmentHeight ) / sizing.segmentHeight;

geometry.skinIndices.push( new THREE.Vector4( skinIndex, skinIndex + 1, 0, 0 ) );

geometry.skinWeights.push( new THREE.Vector4( 1 - skinWeight, skinWeight, 0, 0 ) );

}

return geometry;

};

function createBones ( sizing ) {

bones = [];

var prevBone = new THREE.Bone();

bones.push( prevBone );

prevBone.position.y = - sizing.halfHeight;

for ( var i = 0; i < sizing.segmentCount; i ++ ) {

var bone = new THREE.Bone();

bone.position.y = sizing.segmentHeight;

bones.push( bone );

prevBone.add( bone );

prevBone = bone;

}

return bones;

};

function createMesh ( geometry, bones ) {

var material = new THREE.MeshPhongMaterial( {

skinning : true,

color: 0x156289,

emissive: 0x072534,

side: THREE.DoubleSide,

shading: THREE.FlatShading

} );

var mesh = new THREE.SkinnedMesh( geometry, material );

var skeleton = new THREE.Skeleton( bones );

mesh.add( bones[ 0 ] );

mesh.bind( skeleton );

//ボーンを可視化

skeletonHelper = new THREE.SkeletonHelper( mesh );

skeletonHelper.material.linewidth = 2;

scene.add( skeletonHelper );

return mesh;

};

function initBones () {

var segmentHeight = 8;

var segmentCount = 4;

var height = segmentHeight * segmentCount;

var halfHeight = height * 0.5;

var sizing = {

segmentHeight : segmentHeight,

segmentCount : segmentCount,

height : height,

halfHeight : halfHeight

};

var geometry = createGeometry( sizing );

var bones = createBones( sizing );

mesh = createMesh( geometry, bones );

mesh.scale.multiplyScalar( 1.25 );

scene.add( mesh );

};

function render () {

requestAnimationFrame( render );

var time = Date.now() * 0.001;

var bone = mesh;

//Wiggle the bones

if ( state.animateBones ) {

for ( var i = 0; i < mesh.skeleton.bones.length; i ++ ) {

mesh.skeleton.bones[ i ].rotation.z = Math.sin( time ) * 2 / mesh.skeleton.bones.length;

}

skeletonHelper.update();

renderer.render( scene, camera );

};

initScene();

mesh.skeleton.bones[2].rotation.z = 1; //boneの3つ目を回転させておく

render();

Author Profile

NINOMIYA

Webデザイナー兼コーダー出身のフロントエンド開発者です。 UXデザインやチーム開発の効率化など、勉強中です。

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