threejs-fundamentals

Three.js の基礎

クイックスタート

import * as THREE from "three";

// Create scene, camera, renderer
const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75,
  window.innerWidth / window.innerHeight,
  0.1,
  1000,
);
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });

renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));
document.body.appendChild(renderer.domElement);

// Add a mesh
const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0x00ff00 });
const cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(cube);

// Add light
scene.add(new THREE.AmbientLight(0xffffff, 0.5));
const dirLight = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
dirLight.position.set(5, 5, 5);
scene.add(dirLight);

camera.position.z = 5;

// Animation loop
function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  cube.rotation.x += 0.01;
  cube.rotation.y += 0.01;
  renderer.render(scene, camera);
}
animate();

// Handle resize
window.addEventListener("resize", () => {
  camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
  camera.updateProjectionMatrix();
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
});

コアクラス

Scene

すべての3Dオブジェクト、ライト、カメラを格納するコンテナーです。

const scene = new THREE.Scene();
scene.background = new THREE.Color(0x000000); // Solid color
scene.background = texture; // Skybox texture
scene.background = cubeTexture; // Cubemap
scene.environment = envMap; // Environment map for PBR
scene.fog = new THREE.Fog(0xffffff, 1, 100); // Linear fog
scene.fog = new THREE.FogExp2(0xffffff, 0.02); // Exponential fog

カメラ

PerspectiveCamera - 最も一般的なカメラで、人間の目を再現します。

// PerspectiveCamera(fov, aspect, near, far)
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(
  75, // Field of view (degrees)
  window.innerWidth / window.innerHeight, // Aspect ratio
  0.1, // Near clipping plane
  1000, // Far clipping plane
);

camera.position.set(0, 5, 10);
camera.lookAt(0, 0, 0);
camera.updateProjectionMatrix(); // Call after changing fov, aspect, near, far

OrthographicCamera - 透視投影による歪みがなく、2Dやアイソメトリック表示に適しています。

// OrthographicCamera(left, right, top, bottom, near, far)
const aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
const frustumSize = 10;
const camera = new THREE.OrthographicCamera(
  (frustumSize * aspect) / -2,
  (frustumSize * aspect) / 2,
  frustumSize / 2,
  frustumSize / -2,
  0.1,
  1000,
);

ArrayCamera - 複数のサブカメラで複数のビューポートを表示します。

const cameras = [];
for (let i = 0; i < 4; i++) {
  const subcamera = new THREE.PerspectiveCamera(40, 1, 0.1, 100);
  subcamera.viewport = new THREE.Vector4(
    Math.floor(i % 2) * 0.5,
    Math.floor(i / 2) * 0.5,
    0.5,
    0.5,
  );
  cameras.push(subcamera);
}
const arrayCamera = new THREE.ArrayCamera(cameras);

CubeCamera - 反射用の環境マップをレンダリングします。

const cubeRenderTarget = new THREE.WebGLCubeRenderTarget(256);
const cubeCamera = new THREE.CubeCamera(0.1, 1000, cubeRenderTarget);
scene.add(cubeCamera);

// Use for reflections
material.envMap = cubeRenderTarget.texture;

// Update each frame (expensive!)
cubeCamera.position.copy(reflectiveMesh.position);
cubeCamera.update(renderer, scene);

WebGLRenderer

const renderer = new THREE.WebGLRenderer({
  canvas: document.querySelector("#canvas"), // Optional existing canvas
  antialias: true, // Smooth edges
  alpha: true, // Transparent background
  powerPreference: "high-performance", // GPU hint
  preserveDrawingBuffer: true, // For screenshots
});

renderer.setSize(width, height);
renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));

// Tone mapping
renderer.toneMapping = THREE.ACESFilmicToneMapping;
renderer.toneMappingExposure = 1.0;

// Color space (Three.js r152+)
renderer.outputColorSpace = THREE.SRGBColorSpace;

// Shadows
renderer.shadowMap.enabled = true;
renderer.shadowMap.type = THREE.PCFSoftShadowMap;

// Clear color
renderer.setClearColor(0x000000, 1);

// Render
renderer.render(scene, camera);

Object3D

すべての3Dオブジェクトの基底クラスです。Mesh、Group、Light、CameraはすべてObject3Dを継承します。

const obj = new THREE.Object3D();

// Transform
obj.position.set(x, y, z);
obj.rotation.set(x, y, z); // Euler angles (radians)
obj.quaternion.set(x, y, z, w); // Quaternion rotation
obj.scale.set(x, y, z);

// Local vs World transforms
obj.getWorldPosition(targetVector);
obj.getWorldQuaternion(targetQuaternion);
obj.getWorldDirection(targetVector);

// Hierarchy
obj.add(child);
obj.remove(child);
obj.parent;
obj.children;

// Visibility
obj.visible = false;

// Layers (for selective rendering/raycasting)
obj.layers.set(1);
obj.layers.enable(2);
obj.layers.disable(0);

// Traverse hierarchy
obj.traverse((child) => {
  if (child.isMesh) child.material.color.set(0xff0000);
});

// Matrix updates
obj.matrixAutoUpdate = true; // Default: auto-update matrices
obj.updateMatrix(); // Manual matrix update
obj.updateMatrixWorld(true); // Update world matrix recursively

Group

オブジェクトを整理するための空のコンテナーです。

const group = new THREE.Group();
group.add(mesh1);
group.add(mesh2);
scene.add(group);

// Transform entire group
group.position.x = 5;
group.rotation.y = Math.PI / 4;

Mesh

ジオメトリとマテリアルを組み合わせます。

const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);

// Multiple materials (one per geometry group)
const mesh = new THREE.Mesh(geometry, [material1, material2]);

// Useful properties
mesh.geometry;
mesh.material;
mesh.castShadow = true;
mesh.receiveShadow = true;

// Frustum culling
mesh.frustumCulled = true; // Default: skip if outside camera view

// Render order
mesh.renderOrder = 10; // Higher = rendered later

座標系

Three.jsは右手座標系を使用します。

• +X は右を指します
• +Y は上を指します
• +Z は視聴者の方向（画面の外側）を指します

// Axes helper
const axesHelper = new THREE.AxesHelper(5);
scene.add(axesHelper); // Red=X, Green=Y, Blue=Z

数学ユーティリティ

Vector3

const v = new THREE.Vector3(x, y, z);
v.set(x, y, z);
v.copy(otherVector);
v.clone();

// Operations (modify in place)
v.add(v2);
v.sub(v2);
v.multiply(v2);
v.multiplyScalar(2);
v.divideScalar(2);
v.normalize();
v.negate();
v.clamp(min, max);
v.lerp(target, alpha);

// Calculations (return new value)
v.length();
v.lengthSq(); // Faster than length()
v.distanceTo(v2);
v.dot(v2);
v.cross(v2); // Modifies v
v.angleTo(v2);

// Transform
v.applyMatrix4(matrix);
v.applyQuaternion(q);
v.project(camera); // World to NDC
v.unproject(camera); // NDC to world

Matrix4

const m = new THREE.Matrix4();
m.identity();
m.copy(other);
m.clone();

// Build transforms
m.makeTranslation(x, y, z);
m.makeRotationX(theta);
m.makeRotationY(theta);
m.makeRotationZ(theta);
m.makeRotationFromQuaternion(q);
m.makeScale(x, y, z);

// Compose/decompose
m.compose(position, quaternion, scale);
m.decompose(position, quaternion, scale);

// Operations
m.multiply(m2); // m = m * m2
m.premultiply(m2); // m = m2 * m
m.invert();
m.transpose();

// Camera matrices
m.makePerspective(left, right, top, bottom, near, far);
m.makeOrthographic(left, right, top, bottom, near, far);
m.lookAt(eye, target, up);

Quaternion

const q = new THREE.Quaternion();
q.setFromEuler(euler);
q.setFromAxisAngle(axis, angle);
q.setFromRotationMatrix(matrix);

q.multiply(q2);
q.slerp(target, t); // Spherical interpolation
q.normalize();
q.invert();

Euler

const euler = new THREE.Euler(x, y, z, "XYZ"); // Order matters!
euler.setFromQuaternion(q);
euler.setFromRotationMatrix(m);

// Rotation orders: 'XYZ', 'YXZ', 'ZXY', 'XZY', 'YZX', 'ZYX'

Color

const color = new THREE.Color(0xff0000);
const color = new THREE.Color("red");
const color = new THREE.Color("rgb(255, 0, 0)");
const color = new THREE.Color("#ff0000");

color.setHex(0x00ff00);
color.setRGB(r, g, b); // 0-1 range
color.setHSL(h, s, l); // 0-1 range

color.lerp(otherColor, alpha);
color.multiply(otherColor);
color.multiplyScalar(2);

MathUtils

THREE.MathUtils.clamp(value, min, max);
THREE.MathUtils.lerp(start, end, alpha);
THREE.MathUtils.mapLinear(value, inMin, inMax, outMin, outMax);
THREE.MathUtils.degToRad(degrees);
THREE.MathUtils.radToDeg(radians);
THREE.MathUtils.randFloat(min, max);
THREE.MathUtils.randInt(min, max);
THREE.MathUtils.smoothstep(x, min, max);
THREE.MathUtils.smootherstep(x, min, max);

よく使われるパターン

適切なクリーンアップ

function dispose() {
  // Dispose geometries
  mesh.geometry.dispose();

  // Dispose materials
  if (Array.isArray(mesh.material)) {
    mesh.material.forEach((m) => m.dispose());
  } else {
    mesh.material.dispose();
  }

  // Dispose textures
  texture.dispose();

  // Remove from scene
  scene.remove(mesh);

  // Dispose renderer
  renderer.dispose();
}

アニメーション用のClock

const clock = new THREE.Clock();

function animate() {
  const delta = clock.getDelta(); // Time since last frame (seconds)
  const elapsed = clock.getElapsedTime(); // Total time (seconds)

  mesh.rotation.y += delta * 0.5; // Consistent speed regardless of framerate

  requestAnimationFrame(animate);
  renderer.render(scene, camera);
}

レスポンシブなキャンバス

function onWindowResize() {
  const width = window.innerWidth;
  const height = window.innerHeight;

  camera.aspect = width / height;
  camera.updateProjectionMatrix();

  renderer.setSize(width, height);
  renderer.setPixelRatio(Math.min(window.devicePixelRatio, 2));
}
window.addEventListener("resize", onWindowResize);

ローディングマネージャー

const manager = new THREE.LoadingManager();

manager.onStart = (url, loaded, total) => console.log("Started loading");
manager.onLoad = () => console.log("All loaded");
manager.onProgress = (url, loaded, total) => console.log(`${loaded}/${total}`);
manager.onError = (url) => console.error(`Error loading ${url}`);

const textureLoader = new THREE.TextureLoader(manager);
const gltfLoader = new GLTFLoader(manager);

パフォーマンスのヒント

1. ドローコールを制限する：ジオメトリを統合し、インスタンシングを使用し、テクスチャアトラスを活用します
2. 視錐台カリング：デフォルトで有効です。バウンディングボックスが正しく設定されていることを確認します
3. LOD（詳細度）：距離に応じてメッシュを切り替えるには、THREE.LODを使用します
4. オブジェクトプーリング：オブジェクトを作成・破棄する代わりに、再利用します
5. ループ内でgetWorldPositionを使用しない：結果をキャッシュします

// Merge static geometries
import { mergeGeometries } from "three/examples/jsm/utils/BufferGeometryUtils.js";
const merged = mergeGeometries([geo1, geo2, geo3]);

// LOD
const lod = new THREE.LOD();
lod.addLevel(highDetailMesh, 0);
lod.addLevel(medDetailMesh, 50);
lod.addLevel(lowDetailMesh, 100);
scene.add(lod);

関連項目

• threejs-geometry - ジオメトリの作成と操作
• threejs-materials - マテリアルの種類とプロパティ
• threejs-lighting - ライトの種類とシャドウ