着色器是运行在GPU上的小程序，分为顶点着色器和片段着色器，用于控制三维图形的顶点变换和像素颜色。Three.js支持通过ShaderMaterial编写自定义GLSL着色器，实现如红色渐变球体等视觉效果，结合uniforms传递时间变量可在动画中动态更新。开发者可利用内置矩阵如modelViewMatrix、projectionMatrix及position等属性简化开发。进阶应用包括噪声函数、法线贴图、屏幕特效和粒子系统，提升视觉表现力。调试可通过输出源码或使用WebGL Inspector工具完成，掌握着色器编程能突破默认材质限制，创造独特3D效果。
Three.js 是一个基于 WebGL 的 JavaScript 3D 库，它让开发者可以在浏览器中创建和展示三维图形。当你需要更精细地控制物体表面的视觉效果时，着色器编程就变得至关重要。通过编写自定义着色器，你可以实现光照模型、材质效果、粒子系统甚至全屏后处理特效。
什么是着色器？
着色器是运行在 GPU 上的小程序，主要分为两类：
- 顶点着色器（Vertex Shader）：处理每个顶点的位置变换，例如模型矩阵、视图投影等计算。
- 片段着色器（Fragment Shader）：决定像素最终颜色，用于实现纹理采样、光照、阴影等效果。
在 Three.js 中，你既可以使用内置材质如 MeshStandardMaterial，也可以通过 ShaderMaterial 或 RawShaderMaterial 编写自己的 GLSL 着色器代码。
如何在 Three.js 中使用自定义着色器
下面是一个简单的例子，展示如何用 ShaderMaterial 创建一个红色渐变球体：
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const vertexShader = `
void main() {
gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
}
`;
const fragmentShader = uniform float time; void main() { vec3 color = 0.5 + 0.5 * sin(time + gl_FragCoord.x * 0.01, time + gl_FragCoord.y * 0.01, time); gl_FragColor = vec4(color, 1.0); } ;
然后将其应用到材质并绑定到几何体：
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const material = new THREE.ShaderMaterial({
vertexShader: vertexShader,
fragmentShader: fragmentShader,
uniforms: {
time: { value: 0.0 }
}
});
const geometry = new THREE.SphereGeometry(1, 32, 32);
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(mesh);
// 动画循环中更新 uniform
function animate() {
requestAnimationFrame(animate);
material.uniforms.time.value += 0.01;
renderer.render(scene, camera);
}
animate();
常用 Uniform 和 Attribute 变量
Three.js 自动为你提供一些常用的变量，可以直接在 GLSL 中使用：
- uniform mat4 modelViewMatrix：模型视图矩阵
- uniform mat4 projectionMatrix：投影矩阵
- attribute vec3 position：顶点位置（来自 geometry.attributes.position）
- attribute vec2 uv：纹理坐标
- uniform float time：可由 JavaScript 更新的时间变量（需手动传入）
这些变量大大简化了着色器开发流程，避免重复造轮子。
进阶技巧与应用场景
掌握基础后，可以尝试以下高级功能：
- 噪声函数：引入 Perlin 或 Simplex 噪声实现自然运动或地形变形。
- 法线贴图/凹凸效果：通过修改片段着色器中的法线方向模拟细节表面。
- 屏幕空间特效：结合 EffectComposer 实现模糊、辉光、边缘检测等后期处理。
- 粒子系统：利用顶点着色器控制成千上万粒子的位置和大小，实现高性能动画。
着色器性能极高，适合处理大量并行图形计算任务。
基本上就这些。理解着色器的工作机制后，你能突破默认材质限制，创造出真正独特的视觉体验。关键是多写、多调、多看渲染结果。调试时可用 console.log(material.fragmentShader) 输出着色器源码排查错误，或者使用浏览器的 WebGL Inspector 工具分析问题。
