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第四章 Vue3 + Three.js 实战：GLTF 模型加载与交互完整方案

news 2025/8/30 6:51:52

在 Web 3D 开发中，加载外部 GLTF/GLB 模型是核心需求之一，广泛应用于虚拟展厅、产品预览、游戏角色等场景。本文基于 Vue3 和 Three.js，提供一套完整的 GLTF 模型加载方案，包含加载进度反馈、错误处理、模型居中、相机适配、交互控制等功能，同时兼顾性能优化与用户体验，适合开发者直接集成到项目中。

一、效果预览与核心功能

最终实现效果

模型加载：支持 GLTF/GLB 格式，兼容 DRACO 压缩模型
状态反馈：加载时显示进度条，失败时提供重试按钮
交互控制：鼠标拖拽旋转、滚轮缩放、右键平移模型
智能适配：模型自动居中，相机自动调整视角以完整显示模型
响应式：窗口缩放时场景自动适配，无变形
资源管理：组件卸载时自动清理资源，避免内存泄漏

技术栈选型

技术 / 工具	版本 / 作用说明
Vue3（`<script setup>`）	组件化开发，语法简洁高效
Three.js	3D 场景构建核心库
GLTFLoader	Three.js 官方 GLTF 模型加载器
DRACOLoader	支持 DRACO 压缩模型加载
OrbitControls	相机交互控制器（旋转 / 缩放 / 平移）

二、前置知识准备

在开始前，需掌握以下基础：

Vue3 核心语法：ref响应式、生命周期钩子（onMounted/onUnmounted）、watch监听
Three.js 三要素：场景（Scene）、相机（Camera）、渲染器（Renderer）
GLTF 模型基础：了解 GLTF/GLB 格式区别（GLB 是二进制单文件，推荐使用），DRACO 压缩原理（减少模型顶点数量，降低加载体积）

若对 Three.js 基础不熟悉，可先理解核心逻辑：场景是 “容器”，相机是 “视角”，渲染器是 “画布”，三者结合才能显示 3D 内容；GLTF 加载器则是将外部模型文件解析为 Three.js 可识别的网格对象。

三、完整实现步骤

1. 项目初始化与依赖准备

（1）创建 Vue3 项目（若未创建）

npm create vue@latest
# 选择：TypeScript（可选）、<script setup>、ESLint（可选）
cd 项目名
npm install

（2）安装 Three.js

npm install three

Three.js 已内置GLTFLoader、DRACOLoader、OrbitControls，无需额外安装，直接从three/addons目录导入即可。

（3）准备模型与 DRACO 解码器

模型文件：将 GLTF/GLB 模型放在public/models目录下（如example.glb）
DRACO 解码器（可选，用于加载压缩模型）：
1. 从Three.js 官网下载 DRACO 解码器（draco_decoder.js等文件）
2. 在public目录下创建libs/draco文件夹，将解码器文件放入其中

2. 核心组件代码（GltfModelViewer.vue）

以下是完整的模型加载组件代码，包含详细注释，可直接复制使用：

<template><div class="model-viewer"><!-- 3D场景容器 --><div ref="container" class="model-container"></div><!-- 加载进度提示 --><div class="loading" v-if="isLoading"><div class="spinner"></div><p>加载中: {{ loadProgress.toFixed(0) }}%</p></div><!-- 错误提示与重试 --><div class="error-message" v-if="errorMessage"><p>加载失败: {{ errorMessage }}</p><button @click="reloadModel">重试</button></div></div>
</template><script setup>
// 1. 导入依赖
import { onMounted, ref, onUnmounted, watch } from 'vue';
import * as THREE from 'three';
import { OrbitControls } from 'three/addons/controls/OrbitControls.js'; // 相机交互
import { GLTFLoader } from 'three/addons/loaders/GLTFLoader.js';       // GLTF加载器
import { DRACOLoader } from 'three/addons/loaders/DRACOLoader.js';     // DRACO压缩支持// 2. 响应式状态管理
const container = ref(null);       // 3D场景容器DOM
const isLoading = ref(true);       // 是否正在加载
const loadProgress = ref(0);       // 加载进度（0~100）
const errorMessage = ref('');      // 错误信息
const modelPath = ref('/models/example.glb'); // 模型路径（默认）// 3. Three.js核心对象（全局声明，避免函数内重复创建）
let scene, camera, renderer, controls, model;
let animationId = null; // 动画循环ID，用于卸载时清理/*** 4. 初始化3D场景：创建“容器”，添加光照*/
const initScene = () => {scene = new THREE.Scene();scene.background = new THREE.Color(0xf5f5f5); // 浅灰色背景，避免模型过暗// ① 环境光：均匀照亮场景，避免局部漆黑const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.8);scene.add(ambientLight);// ② 方向光：模拟太阳光，产生明暗对比，增强模型立体感const directionalLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);directionalLight.position.set(5, 10, 7.5); // 光源位置（斜上方）directionalLight.castShadow = true; // 启用阴影，让模型投影更真实scene.add(directionalLight);
};/*** 5. 初始化相机：定义“视角”，决定能看到模型的范围*/
const initCamera = () => {const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// 透视相机：模拟人眼视角，近大远小camera = new THREE.PerspectiveCamera(45,                // 视野角度（FOV）：单位度，值越小视角越窄clientWidth / clientHeight, // 宽高比：与容器一致，避免模型变形0.1,               // 近裁剪面：距离相机小于此值的物体不渲染1000               // 远裁剪面：距离相机大于此值的物体不渲染);camera.position.set(5, 5, 10); // 初始相机位置（可根据需求调整）
};/*** 6. 初始化渲染器：将3D场景“画”到浏览器画布上*/
const initRenderer = () => {const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// 创建WebGL渲染器，开启抗锯齿（让模型边缘更平滑）renderer = new THREE.WebGLRenderer({antialias: true,   // 抗锯齿alpha: false       // 不透明（与背景色一致）});renderer.setSize(clientWidth, clientHeight); // 渲染器尺寸与容器一致renderer.shadowMap.enabled = true; // 启用阴影渲染// 将渲染器生成的Canvas元素添加到容器中container.value.appendChild(renderer.domElement);
};/*** 7. 初始化相机控制器：实现模型交互（旋转/缩放/平移）*/
const initControls = () => {// 绑定相机与渲染器画布，监听鼠标事件controls = new OrbitControls(camera, renderer.domElement);// 核心交互配置controls.enableDamping = true;    // 启用阻尼效果（操作后有惯性，更流畅）controls.dampingFactor = 0.05;    // 阻尼系数：值越小惯性越明显controls.enableZoom = true;       // 允许滚轮缩放controls.zoomSpeed = 0.7;         // 缩放速度controls.enableRotate = true;     // 允许拖拽旋转controls.rotateSpeed = 0.5;       // 旋转速度controls.enablePan = true;        // 允许右键平移controls.panSpeed = 0.5;          // 平移速度
};/*** 8. 加载GLTF模型：核心功能，含进度反馈与错误处理* @param {string} path - 模型文件路径*/
const loadModel = (path) => {isLoading.value = true;errorMessage.value = '';// ① 初始化DRACO加载器（支持压缩模型，可选）const dracoLoader = new DRACOLoader();// DRACO解码器路径（指向public目录下的draco文件夹）dracoLoader.setDecoderPath('/libs/draco/');// ② 初始化GLTF加载器const loader = new GLTFLoader();loader.setDRACOLoader(dracoLoader); // 关联DRACO加载器（无压缩模型可省略）// ③ 加载模型loader.load(path,// 加载成功回调(gltf) => {// 清理之前的模型（避免切换模型时内存堆积）if (model) {scene.remove(model);// 递归释放旧模型的几何体和材质资源gltf.scene.traverse((child) => {if (child.isMesh) {child.geometry.dispose(); // 释放几何体child.material.dispose(); // 释放材质}});}// 处理新模型model = gltf.scene; // gltf.scene包含模型的所有子对象// 遍历模型，启用阴影（让模型产生投影）model.traverse((child) => {if (child.isMesh) {child.castShadow = true;   // 模型投射阴影child.receiveShadow = true; // 模型接收其他物体的阴影}});// ④ 模型自动居中：计算模型边界，将模型中心移到原点const box = new THREE.Box3().setFromObject(model); // 获取模型包围盒const center = box.getCenter(new THREE.Vector3()); // 计算包围盒中心model.position.sub(center); // 模型位置 = 原位置 - 中心，实现居中// ⑤ 相机自动适配：调整相机位置，确保模型完整显示const size = box.getSize(new THREE.Vector3()); // 获取模型尺寸const maxDim = Math.max(size.x, size.y, size.z); // 模型最大维度（宽/高/深）const fov = camera.fov * (Math.PI / 180); // 将角度转为弧度// 计算相机所需距离（基于三角函数，确保模型完整显示）let cameraZ = Math.abs(maxDim / 2 / Math.tan(fov / 2));cameraZ *= 1.5; // 增加1.5倍距离，避免模型紧贴边缘camera.position.z = cameraZ; // 更新相机Z轴位置camera.lookAt(0, 0, 0); // 相机看向模型中心（原点）// ⑥ 将模型添加到场景scene.add(model);// 加载完成isLoading.value = false;},// 加载进度回调(xhr) => {loadProgress.value = (xhr.loaded / xhr.total) * 100; // 计算进度百分比},// 加载错误回调(error) => {console.error('模型加载失败:', error);isLoading.value = false;errorMessage.value = error.message || '模型加载失败，请检查路径或文件完整性';});
};/*** 9. 动画循环：持续渲染场景，确保交互流畅*/
const animate = () => {animationId = requestAnimationFrame(animate); // 递归调用，与浏览器刷新率同步controls.update(); // 关键：启用阻尼后必须更新控制器，否则惯性无效renderer.render(scene, camera); // 渲染场景
};/*** 10. 窗口缩放处理：适配场景尺寸，避免变形*/
const handleResize = () => {if (!container.value) return;const { clientWidth, clientHeight } = container.value;// 更新相机宽高比camera.aspect = clientWidth / clientHeight;camera.updateProjectionMatrix(); // 必须更新投影矩阵，否则配置不生效// 更新渲染器尺寸renderer.setSize(clientWidth, clientHeight);
};/*** 11. 重新加载模型：错误时用户可重试*/
const reloadModel = () => {loadModel(modelPath.value);
};// 12. 监听模型路径变化：支持动态切换模型
watch(modelPath, (newPath) => {loadModel(newPath);
});/*** 13. 组件挂载：初始化场景并加载模型*/
onMounted(() => {initScene();initCamera();initRenderer();initControls();loadModel(modelPath.value);animate(); // 启动动画循环// 监听窗口缩放window.addEventListener('resize', handleResize);
});/*** 14. 组件卸载：清理资源，避免内存泄漏*/
onUnmounted(() => {// 停止动画循环if (animationId) {cancelAnimationFrame(animationId);}// 移除窗口监听window.removeEventListener('resize', handleResize);// 释放控制器资源if (controls) {controls.dispose();}// 释放渲染器资源if (renderer) {renderer.dispose();}// 清空场景if (scene) {scene.clear();}
});// 15. 暴露方法给父组件：支持动态切换模型
defineExpose({setModelPath: (path) => {modelPath.value = path;}
});
</script><style scoped>
/* 16. 样式：确保场景全屏，加载/错误提示居中 */
.model-viewer {position: relative;width: 100%;height: 100%;
}.model-container {width: 100vw;  /* 占满屏幕宽度 */height: 100vh; /* 占满屏幕高度 */overflow: hidden; /* 隐藏溢出内容，避免滚动条 */
}/* 加载提示样式 */
.loading {position: absolute;top: 0;left: 0;width: 100%;height: 100%;background-color: rgba(255, 255, 255, 0.8);display: flex;flex-direction: column;justify-content: center;align-items: center;z-index: 100; /* 确保在场景上方显示 */
}/* 加载动画（旋转圆环） */
.spinner {width: 50px;height: 50px;border: 5px solid #f3f3f3;border-top: 5px solid #42b983; /* Vue绿，与生态风格统一 */border-radius: 50%;animation: spin 1s linear infinite;margin-bottom: 1rem;
}/* 错误提示样式 */
.error-message {position: absolute;top: 0;left: 0;width: 100%;height: 100%;background-color: rgba(255, 255, 255, 0.9);display: flex;flex-direction: column;justify-content: center;align-items: center;z-index: 100;padding: 2rem;text-align: center;color: #e53935; /* 错误色 */
}.error-message button {margin-top: 1rem;padding: 0.5rem 1rem;background-color: #42b983;color: white;border: none;border-radius: 4px;cursor: pointer;transition: background-color 0.3s;
}.error-message button:hover {background-color: #35956a; /* 按钮hover色 */
}/* 旋转动画关键帧 */
@keyframes spin {0% { transform: rotate(0deg); }100% { transform: rotate(360deg); }
}
</style>

四、组件使用方法

1. 基础使用（直接加载默认模型）

在父组件中引入GltfModelViewer.vue，即可自动加载默认路径的模型：

<template><div><h1>3D模型查看器</h1><GltfModelViewer /></div>
</template><script setup>
import GltfModelViewer from './components/GltfModelViewer.vue';
</script><style>
/* 确保页面无默认边距 */
body {margin: 0;padding: 0;
}
</style>

2. 动态切换模型

通过ref调用组件暴露的setModelPath方法，可动态切换模型：

<template><div><button @click="switchToCarModel">加载汽车模型</button><button @click="switchToCharacterModel">加载角色模型</button><GltfModelViewer ref="modelViewer" /></div>
</template><script setup>
import { ref } from 'vue';
import GltfModelViewer from './components/GltfModelViewer.vue';const modelViewer = ref(null);// 切换到汽车模型
const switchToCarModel = () => {modelViewer.value.setModelPath('/models/car.glb');
};// 切换到角色模型
const switchToCharacterModel = () => {modelViewer.value.setModelPath('/models/character.glb');
};
</script>

五、核心功能深度解析

1. 模型加载流程与 DRACO 压缩

（1）GLTF 与 GLB 的区别

GLTF：文本格式，包含.gltf（JSON 结构）、.bin（二进制数据）、.png（纹理）等多个文件，适合需要修改模型结构的场景。
GLB：二进制格式，将所有资源打包为单个文件，加载速度更快，适合生产环境，推荐优先使用。

（2）DRACO 压缩的作用

DRACO 是 Google 开发的 3D 模型压缩库，可将模型的顶点数据压缩 50%~90%，大幅减少加载体积。使用时需注意：

解码器路径必须正确（指向public/libs/draco）；
若模型未压缩，可删除DRACOLoader相关代码，减少不必要的资源加载。

2. 模型居中与相机适配

（1）模型居中原理

通过THREE.Box3计算模型的包围盒（包含模型所有顶点的最小立方体），再将模型位置减去包围盒中心，实现模型在场景原点居中：

const box = new THREE.Box3().setFromObject(model); // 获取包围盒
const center = box.getCenter(new THREE.Vector3()); // 计算中心
model.position.sub(center); // 居中

（2）相机适配原理

根据模型最大维度和相机视野角度，通过三角函数计算相机所需距离，确保模型完整显示：

const maxDim = Math.max(size.x, size.y, size.z); // 模型最大维度
const fov = camera.fov * (Math.PI / 180); // 角度转弧度
const cameraZ = Math.abs(maxDim / 2 / Math.tan(fov / 2)) * 1.5; // 计算距离并留有余量

3. 资源清理与内存泄漏防范

组件卸载时需清理以下资源，避免内存泄漏：

动画循环：通过cancelAnimationFrame停止requestAnimationFrame递归；
事件监听：移除窗口resize事件；
Three.js 资源：
- controls.dispose()：释放控制器监听的鼠标事件；
- renderer.dispose()：释放 WebGL 渲染器占用的 GPU 资源；
- scene.clear()：清空场景中的所有对象；
- 模型切换时，递归释放旧模型的geometry和material。

六、常见问题与解决方案

1. 模型不显示

原因 1：模型路径错误（如public/models目录下无对应文件）；
解决：检查modelPath是否正确，控制台查看是否有404错误。
原因 2：模型格式不兼容（如非 GLTF/GLB，或 DRACO 版本不匹配）；
解决：使用Three.js 官方示例测试模型是否正常，或重新导出模型。
原因 3：相机位置错误（模型在相机近裁剪面内或远裁剪面外）；
解决：检查camera.near/camera.far参数，或手动调整camera.position。

2. 模型材质异常（如全黑、纹理丢失）

原因 1：未添加光源，或光源强度不足；
解决：确保initScene中添加了AmbientLight和DirectionalLight，适当提高光源强度（如ambientLight强度设为1.0）。
原因 2：模型纹理路径错误（GLTF 格式的纹理文件未放在正确目录）；
解决：确保纹理文件与 GLTF 文件路径对应，或使用 GLB 格式（纹理打包在单个文件中）。

3. 加载速度慢

原因：模型体积过大（顶点数量多、纹理分辨率高）；
解决：
1. 使用 DRACO 压缩模型；
2. 用 Blender 等工具简化模型顶点（降低多边形数量）；
3. 压缩纹理图片（如将4096x4096纹理压缩为1024x1024）。

4. 交互卡顿

原因：模型顶点过多，导致每帧渲染耗时过长；
解决：
1. 简化模型；
2. 关闭不必要的阴影（如directionalLight.castShadow = false）；
3. 启用renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2))，限制像素比（避免高分辨率屏幕过度渲染）。

七、扩展与进阶方向

掌握基础加载功能后，可根据需求扩展以下进阶功能：

模型动画控制：若 GLTF 模型包含动画，可通过gltf.animations获取动画剪辑，用THREE.AnimationMixer实现播放、暂停、进度控制；
模型标注：在模型关键位置添加 2D/3D 标注（如产品参数、零件名称），通过THREE.Sprite或THREE.Mesh实现；
多模型交互：加载多个模型，实现模型之间的碰撞检测（THREE.Raycaster）或组合展示；
VR/AR 支持：集成WebXR API，实现 VR 模式（需 VR 设备）或 AR 模式（手机摄像头叠加模型）；
性能优化：
- 启用 LOD（细节层次）：远距离显示低多边形模型，近距离显示高多边形模型；
- 使用I