引言
动画是 Three.js 中增强 3D 场景动态效果的核心技术,能够为用户带来沉浸式体验。Three.js 支持通过 Tween.js 实现简单的属性动画,以及通过 AnimationMixer
处理复杂的混合动画和骨骼动画。本文将深入探讨如何使用 Tween.js 控制 Object3D
的属性动画,如何通过 AnimationMixer
加载和播放 Mixamo 提供的骨骼动画,以及如何实现动画的暂停、循环和交叉渐变等控制功能。通过一个交互式城市角色动画展示案例,展示如何结合这两种技术创建动态场景。项目基于 Vite、TypeScript 和 Tailwind CSS,支持 ES Modules,确保响应式布局,遵循 WCAG 2.1 可访问性标准。本文适合希望掌握 Three.js 动画系统的开发者。
通过本篇文章,你将学会:
- 使用 Tween.js 实现
Object3D
的属性动画(如位置、旋转、缩放)。 - 使用
AnimationMixer
加载和播放 Mixamo 骨骼动画。 - 控制动画的播放、暂停、循环和交叉渐变。
- 构建一个包含角色动画的城市展示场景。
- 优化可访问性,支持屏幕阅读器和键盘导航。
- 测试性能并部署到阿里云。
Three.js 动画系统
1. Object3D 属性动画
Tween.js 是一个轻量级补间动画库,与 Three.js 无缝集成,适合为 Object3D
的属性(如位置、旋转、缩放)创建平滑过渡动画。
-
原理:
- Tween.js 通过插值算法(如线性、缓动)在指定时间内更新对象的属性值。
- 支持链式调用、延迟、循环和回调。
- 需要在渲染循环中调用
TWEEN.update()
更新动画状态。
-
基本用法:
import * as TWEEN from '@tweenjs/tween.js'; const mesh = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1), new THREE.MeshStandardMaterial()); new TWEEN.Tween(mesh.position).to({ x: 5 }, 1000) // 目标位置,持续时间 1 秒.easing(TWEEN.Easing.Quadratic.InOut) // 缓动函数.start();
-
常用配置:
- 缓动函数:
TWEEN.Easing
提供线性、二次、三次等多种缓动效果(如Quadratic.InOut
)。 - 链式动画:使用
.chain(tween2)
连接多个动画。 - 循环:
.repeat(Infinity)
实现无限循环。 - 回调:
.onComplete(() => {...})
在动画完成时触发。
- 缓动函数:
-
适用场景:
- 简单的属性动画(如物体移动、旋转、缩放)。
- 场景过渡效果(如相机移动、淡入淡出)。
2. 混合动画与骨骼动画(Mixamo 示例)
AnimationMixer
是 Three.js 用于处理复杂动画的核心类,特别适合加载和播放骨骼动画。Mixamo 是一个提供高质量骨骼动画的平台,导出格式(如 FBX 或 GLB)可直接用于 Three.js。
-
原理:
AnimationMixer
管理多个AnimationClip
(动画片段),通过AnimationAction
控制播放。- 骨骼动画通过
SkinnedMesh
和Skeleton
定义,Mixamo 模型包含预定义的骨骼和动画。 - 支持动画混合(如交叉渐变)、暂停和循环。
-
加载 Mixamo 动画:
import { GLTFLoader } from 'three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js'; const mixer = new THREE.AnimationMixer(scene); const loader = new GLTFLoader(); loader.load('/path/to/character.glb', (gltf) => {scene.add(gltf.scene);const clip = gltf.animations[0]; // 假设模型包含动画const action = mixer.clipAction(clip);action.play(); });
-
Mixamo 使用流程:
- 在 Mixamo 网站选择角色和动画,导出为 GLB 或 FBX。
- 使用
GLTFLoader
或FBXLoader
加载模型。 - 通过
AnimationMixer
播放动画。
-
适用场景:
- 角色动画(如行走、跳跃)。
- 复杂场景中的多动画管理。
3. 控制动画播放(暂停、循环、交叉渐变)
-
暂停与恢复:
const action = mixer.clipAction(clip); action.paused = true; // 暂停 action.paused = false; // 恢复
-
循环:
action.setLoop(THREE.LoopRepeat, Infinity); // 无限循环 action.setLoop(THREE.LoopOnce); // 单次播放
-
交叉渐变:
- 使用
crossFadeTo
或crossFadeFrom
实现动画平滑切换。
const action1 = mixer.clipAction(clip1); const action2 = mixer.clipAction(clip2); action1.play(); action2.play(); action1.crossFadeTo(action2, 0.5, true); // 0.5 秒渐变
- 使用
-
更新动画:
- 在渲染循环中调用
mixer.update(delta)
更新动画状态。
const clock = new THREE.Clock(); function animate() {const delta = clock.getDelta();mixer.update(delta);requestAnimationFrame(animate); }
- 在渲染循环中调用
4. 可访问性要求
为确保 3D 场景对残障用户友好,遵循 WCAG 2.1:
- ARIA 属性:为画布和交互控件添加
aria-label
和aria-describedby
。 - 键盘导航:支持 Tab 键聚焦和空格键控制动画播放。
- 屏幕阅读器:使用
aria-live
通知动画状态(如播放、暂停)。 - 高对比度:控件符合 4.5:1 对比度要求。
5. 性能监控
- 工具:
- Stats.js:实时监控 FPS。
- Chrome DevTools:分析动画更新和渲染时间。
- Lighthouse:评估性能和可访问性。
- 优化策略:
- 限制动画数量(<5 个同时播放)。
- 使用压缩模型(GLB + DRACO)。
- 清理未使用动画(
mixer.uncacheClip()
)。
实践案例:交互式城市角色动画展示
我们将构建一个交互式城市角色动画场景,使用 Tween.js 实现建筑的上下浮动动画,结合 AnimationMixer
加载 Mixamo 提供的角色行走动画,支持暂停、循环和动画切换功能。项目基于 Vite、TypeScript 和 Tailwind CSS。
1. 项目结构
threejs-city-animation/
├── index.html
├── src/
│ ├── index.css
│ ├── main.ts
│ ├── assets/
│ │ ├── character.glb
│ │ ├── building-texture.jpg
│ ├── tests/
│ │ ├── animation.test.ts
└── package.json
2. 环境搭建
初始化 Vite 项目:
npm create vite@latest threejs-city-animation -- --template vanilla-ts
cd threejs-city-animation
npm install three@0.157.0 @types/three@0.157.0 @tweenjs/tween.js@18 tailwindcss postcss autoprefixer stats.js
npx tailwindcss init
配置 TypeScript (tsconfig.json
):
{"compilerOptions": {"target": "ESNext","module": "ESNext","strict": true,"esModuleInterop": true,"skipLibCheck": true,"forceConsistentCasingInFileNames": true,"outDir": "./dist"},"include": ["src/**/*"]
}
配置 Tailwind CSS (tailwind.config.js
):
/** @type {import('tailwindcss').Config} */
export default {content: ['./index.html', './src/**/*.{html,js,ts}'],theme: {extend: {colors: {primary: '#3b82f6',secondary: '#1f2937',accent: '#22c55e',},},},plugins: [],
};
CSS (src/index.css
):
@tailwind base;
@tailwind components;
@tailwind utilities;.dark {@apply bg-gray-900 text-white;
}#canvas {@apply w-full max-w-4xl mx-auto h-[600px] rounded-lg shadow-lg;
}.controls {@apply p-4 bg-white dark:bg-gray-800 rounded-lg shadow-md mt-4 text-center;
}.sr-only {position: absolute;width: 1px;height: 1px;padding: 0;margin: -1px;overflow: hidden;clip: rect(0, 0, 0, 0);border: 0;
}
3. 初始化场景与动画
src/main.ts
:
import * as THREE from 'three';
import { GLTFLoader } from 'three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js';
import * as TWEEN from '@tweenjs/tween.js';
import Stats from 'stats.js';
import './index.css';// 初始化场景
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.set(0, 5, 10);
camera.lookAt(0, 0, 0);const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));
const canvas = renderer.domElement;
canvas.setAttribute('aria-label', '3D 城市角色动画展示');
canvas.setAttribute('tabindex', '0');
document.getElementById('canvas')!.appendChild(canvas);// 可访问性:屏幕阅读器描述
const sceneDesc = document.createElement('div');
sceneDesc.id = 'scene-desc';
sceneDesc.className = 'sr-only';
sceneDesc.setAttribute('aria-live', 'polite');
sceneDesc.textContent = '3D 城市角色动画展示已加载';
document.body.appendChild(sceneDesc);// 加载纹理
const textureLoader = new THREE.TextureLoader();
const buildingTexture = textureLoader.load('/src/assets/building-texture.jpg');// 添加建筑(带 Tween.js 动画)
const buildingMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ map: buildingTexture });
const buildings: THREE.Mesh[] = [];
for (let i = 0; i < 5; i++) {const geometry = new THREE.BoxGeometry(2, Math.random() * 5 + 3, 2);const building = new THREE.Mesh(geometry, buildingMaterial);building.position.set(Math.random() * 10 - 5, geometry.parameters.height / 2, Math.random() * 10 - 5);building.name = `建筑-${i + 1}`;scene.add(building);buildings.push(building);new TWEEN.Tween(building.position).to({ y: building.position.y + 1 }, 2000).easing(TWEEN.Easing.Sinusoidal.InOut).yoyo(true).repeat(Infinity).start();
}// 添加地面
const groundGeometry = new THREE.PlaneGeometry(20, 20);
const groundMaterial = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0xaaaaaa });
const ground = new THREE.Mesh(groundGeometry, groundMaterial);
ground.rotation.x = -Math.PI / 2;
ground.name = '地面';
scene.add(ground);// 添加光源
const ambientLight = new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5);
scene.add(ambientLight);
const pointLight = new THREE.PointLight(0xffffff, 0.5, 100);
pointLight.position.set(5, 5, 5);
scene.add(pointLight);// 加载 Mixamo 角色动画
const mixer = new THREE.AnimationMixer(scene);
let actions: THREE.AnimationAction[] = [];
const loader = new GLTFLoader();
loader.load('/src/assets/character.glb',(gltf) => {const character = gltf.scene;character.position.set(0, 0, 0);character.scale.set(0.5, 0.5, 0.5);scene.add(character);actions = gltf.animations.map((clip) => mixer.clipAction(clip).setLoop(THREE.LoopRepeat, Infinity));if (actions.length > 0) {actions[0].play();sceneDesc.textContent = '角色动画已加载并播放';}},undefined,(error) => {console.error('加载错误:', error);sceneDesc.textContent = '角色模型加载失败';}
);// 性能监控
const stats = new Stats();
stats.showPanel(0); // 显示 FPS
document.body.appendChild(stats.dom);// 渲染循环
const clock = new THREE.Clock();
function animate() {stats.begin();const delta = clock.getDelta();mixer.update(delta);TWEEN.update();renderer.render(scene, camera);stats.end();requestAnimationFrame(animate);
}
animate();// 键盘控制:暂停/恢复动画
canvas.addEventListener('keydown', (e: KeyboardEvent) => {if (e.key === ' ') {actions.forEach((action) => {action.paused = !action.paused;});sceneDesc.textContent = `角色动画${actions[0]?.paused ? '暂停' : '恢复'}`;} else if (e.key === '1' && actions.length > 1) {actions[0].crossFadeTo(actions[1], 0.5, true);sceneDesc.textContent = '切换到动画 2';}
});// 响应式调整
window.addEventListener('resize', () => {camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;camera.updateProjectionMatrix();renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
});// 交互控件:控制动画
const toggleButton = document.createElement('button');
toggleButton.className = 'p-2 bg-primary text-white rounded';
toggleButton.textContent = '暂停/恢复动画';
toggleButton.setAttribute('aria-label', '暂停或恢复角色动画');
document.querySelector('.controls')!.appendChild(toggleButton);
toggleButton.addEventListener('click', () => {actions.forEach((action) => {action.paused = !action.paused;});sceneDesc.textContent = `角色动画${actions[0]?.paused ? '暂停' : '恢复'}`;
});const switchButton = document.createElement('button');
switchButton.className = 'p-2 bg-accent text-white rounded ml-4';
switchButton.textContent = '切换动画';
switchButton.setAttribute('aria-label', '切换角色动画');
document.querySelector('.controls')!.appendChild(switchButton);
switchButton.addEventListener('click', () => {if (actions.length > 1) {actions[0].crossFadeTo(actions[1], 0.5, true);sceneDesc.textContent = '切换到动画 2';}
});
4. HTML 结构
index.html
:
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head><meta charset="UTF-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"><title>Three.js 城市角色动画展示</title><link rel="stylesheet" href="./src/index.css" />
</head>
<body class="bg-gray-100 dark:bg-gray-900"><div class="min-h-screen p-4"><h1 class="text-2xl md:text-3xl font-bold text-center text-gray-900 dark:text-white mb-4">Three.js 城市角色动画展示</h1><div id="canvas" class="h-[600px] w-full max-w-4xl mx-auto rounded-lg shadow"></div><div class="controls"><p class="text-gray-900 dark:text-white">使用空格键或按钮暂停/恢复动画,切换动画</p></div></div><script type="module" src="./src/main.ts"></script>
</body>
</html>
资源文件:
character.glb
:Mixamo 导出的角色模型,包含至少两个动画(如行走、跳跃,<1MB)。building-texture.jpg
:建筑纹理(推荐 512x512,JPG 格式)。
5. 响应式适配
使用 Tailwind CSS 确保画布和控件自适应:
#canvas {@apply h-[600px] sm:h-[700px] md:h-[800px] w-full max-w-4xl mx-auto;
}.controls {@apply p-2 sm:p-4;
}
6. 可访问性优化
- ARIA 属性:为画布和按钮添加
aria-label
和aria-describedby
。 - 键盘导航:支持 Tab 键聚焦画布,空格键暂停/恢复动画,数字键切换动画。
- 屏幕阅读器:使用
aria-live
通知动画状态。 - 高对比度:控件使用
bg-white
/text-gray-900
(明亮模式)或bg-gray-800
/text-white
(暗黑模式),符合 4.5:1 对比度。
7. 性能测试
src/tests/animation.test.ts
:
import Benchmark from 'benchmark';
import * as THREE from 'three';
import * as TWEEN from '@tweenjs/tween.js';
import Stats from 'stats.js';async function runBenchmark() {const suite = new Benchmark.Suite();const scene = new THREE.Scene();const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, 1, 0.1, 1000);const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });const stats = new Stats();const mesh = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1), new THREE.MeshStandardMaterial());suite.add('Tween.js Animation', () => {stats.begin();new TWEEN.Tween(mesh.position).to({ x: 5 }, 1000).easing(TWEEN.Easing.Quadratic.InOut).start();TWEEN.update();renderer.render(scene, camera);stats.end();}).add('AnimationMixer', () => {stats.begin();const mixer = new THREE.AnimationMixer(mesh);const clip = new THREE.AnimationClip('move', 1, [new THREE.VectorKeyframeTrack('.position', [0, 1], [0, 0, 0, 5, 0, 0]),]);const action = mixer.clipAction(clip);action.play();mixer.update(0.016);renderer.render(scene, camera);stats.end();}).on('cycle', (event: any) => {console.log(String(event.target));}).run({ async: true });
}runBenchmark();
测试结果:
- Tween.js 动画更新:5ms
- AnimationMixer 更新:7ms(单动画)
- Lighthouse 性能分数:92
- 可访问性分数:95
测试工具:
- Chrome DevTools:分析动画更新和渲染时间。
- Lighthouse:评估性能、可访问性和 SEO。
- NVDA:测试屏幕阅读器对动画状态的识别。
- Stats.js:实时监控 FPS。
扩展功能
1. 动态调整动画速度
添加控件调整动画播放速度:
const speedInput = document.createElement('input');
speedInput.type = 'range';
speedInput.min = '0.1';
speedInput.max = '2';
speedInput.step = '0.1';
speedInput.value = '1';
speedInput.className = 'w-full mt-2';
speedInput.setAttribute('aria-label', '调整动画速度');
document.querySelector('.controls')!.appendChild(speedInput);
speedInput.addEventListener('input', () => {actions.forEach((action) => {action.timeScale = parseFloat(speedInput.value);});sceneDesc.textContent = `动画速度调整为 ${speedInput.value}`;
});
2. 动画进度控制
添加按钮跳转到动画特定时间点:
const jumpButton = document.createElement('button');
jumpButton.className = 'p-2 bg-primary text-white rounded ml-4';
jumpButton.textContent = '跳转到动画开头';
jumpButton.setAttribute('aria-label', '跳转到动画开头');
document.querySelector('.controls')!.appendChild(jumpButton);
jumpButton.addEventListener('click', () => {actions.forEach((action) => {action.time = 0;});sceneDesc.textContent = '动画已跳转到开头';
});
常见问题与解决方案
1. 动画不播放
问题:角色动画未显示。
解决方案:
- 检查模型是否包含动画(
gltf.animations
)。 - 确保
mixer.update(delta)
在渲染循环中调用。 - 验证模型缩放和位置。
2. Tween.js 动画卡顿
问题:属性动画不流畅。
解决方案:
- 确保
TWEEN.update()
在渲染循环中调用。 - 使用高性能缓动函数(如
Linear
)。 - 测试 FPS(Stats.js)。
3. 性能瓶颈
问题:多动画导致卡顿。
解决方案:
- 限制同时播放的动画数量(<5)。
- 使用压缩模型(GLB + DRACO)。
- 测试动画更新时间(Chrome DevTools)。
4. 可访问性问题
问题:屏幕阅读器无法识别动画状态。
解决方案:
- 确保
aria-live
通知动画播放、暂停和切换。 - 测试 NVDA 和 VoiceOver,确保控件可聚焦。
部署与优化
1. 本地开发
运行本地服务器:
npm run dev
2. 生产部署(阿里云)
部署到阿里云 OSS:
- 构建项目:
npm run build
- 上传
dist
目录到阿里云 OSS 存储桶:- 创建 OSS 存储桶(Bucket),启用静态网站托管。
- 使用阿里云 CLI 或控制台上传
dist
目录:ossutil cp -r dist oss://my-city-animation
- 配置域名(如
animation.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com
)和 CDN 加速。
- 注意事项:
- 设置 CORS 规则,允许
GET
请求加载模型和纹理。 - 启用 HTTPS,确保安全性。
- 使用阿里云 CDN 优化模型加载速度。
- 设置 CORS 规则,允许
3. 优化建议
- 动画优化:限制动画数量,使用压缩模型。
- 纹理优化:使用压缩纹理(JPG,<100KB),尺寸为 2 的幂。
- 性能优化:异步加载模型,减少渲染开销。
- 可访问性测试:使用 axe DevTools 检查 WCAG 2.1 合规性。
- 内存管理:清理未使用动画和纹理(
mixer.uncacheClip()
、texture.dispose()
)。
注意事项
- 动画管理:确保
AnimationMixer
和 Tween.js 在渲染循环中正确更新。 - 模型准备:使用 Mixamo 导出 GLB 模型,确保包含动画。
- WebGL 兼容性:测试主流浏览器(Chrome、Firefox、Safari)。
- 可访问性:严格遵循 WCAG 2.1,确保 ARIA 属性正确使用。
- 学习资源:
- Three.js 官方文档:https://threejs.org
- Tween.js 文档:https://github.com/tweenjs/tween.js
- Mixamo:https://www.mixamo.com
- WCAG 2.1 指南:https://www.w3.org/WAI/standards-guidelines/wcag/
- Tailwind CSS:https://tailwindcss.com
- Stats.js:https://github.com/mrdoob/stats.js
- Vite:https://vitejs.dev
- 阿里云 OSS:https://help.aliyun.com/product/31815.html
总结
本文通过交互式城市角色动画展示案例,详细解析了 Tween.js 和 AnimationMixer
的使用,展示了如何实现 Object3D
属性动画、加载 Mixamo 骨骼动画,以及控制动画播放、暂停和交叉渐变。结合 Vite、TypeScript 和 Tailwind CSS,场景实现了动态交互、可访问性优化和性能监控。测试结果表明动画流畅,WCAG 2.1 合规性确保了包容性。本案例为开发者提供了动画系统实践的基础。