国风 Three.js 渲染 Skill

国风 Three.js 渲染

定位说明：通用 Three.js 教程已经很多（英文社区有大量高质量资源）。这个技能只做一件他们不做的事——中式美学的实时渲染。

什么时候用

中国风官网 / 文旅 H5 / 品牌活动页 / 水墨风交互 / 国风游戏原型 / 非真实感渲染（NPR）。

不适用：通用 3D 建模、物理仿真、写实渲染——那些去看 Three.js 官方文档更好。

先问清楚

载体（PC 官网 / 手机 H5 / 微信内嵌）—— 决定性能预算
要哪种中式质感（水墨 / 青绿山水 / 敦煌壁画 / 剪纸皮影）
有没有模型（有 glTF？还是用几何体？）
动效需求（自动旋转 / 跟随鼠标 / 滚动驱动）

⚠️ 移动端警告：Three.js + 自定义 shader 在中低端安卓上会明显发热掉帧。 H5 项目务必先确认目标机型，必要时降级为静态图。

水墨渲染的三个核心

水墨效果不是加个滤镜，是三件事的组合：

1️⃣ 墨分五色 —— 色阶量化

真实光照是连续的，水墨是分层的。把明暗量化成 5 阶：

float lam = max(dot(N, normalize(uLight)), 0.0);
float steps = 5.0;
float q = floor(clamp(lam, 0.0, 1.0) * steps) / (steps - 1.0);
vec3 col = mix(uInk, uPaper, q);   // 浓墨 → 纸白

阶数太多（>8）失去水墨感，太少（<3）像色块。5 阶是甜点。

2️⃣ 边缘积墨 —— rim 压深

毛笔在轮廓处停留更久，墨更浓。用视线与法线夹角模拟：

float rim  = 1.0 - max(dot(N, normalize(vV)), 0.0);
float edge = smoothstep(0.45, 0.95, rim);
col = mix(col, uInk, edge * 0.85);

3️⃣ 笔触扰动 —— 噪声打破机械感

纯数学量化的边界太整齐，不像手绘。在量化前扰动光照值：

float n = noise(vP * 5.5 + uTime * 0.06);
lam += (n - 0.5) * 0.16;          // 扰动幅度别超过 0.2

再叠一层细噪声当宣纸颗粒：

col *= 0.97 + 0.03 * noise(vP * 40.0);

青绿山水：和工笔只差一个参数

这个方案没有引入任何新技术——描边用的是和 gongbi-demo.html 完全同一套反向外壳，连代码都一样。唯一的差别是 uLine 传进去的是暖金而不是墨黑。

但气质完全不同。demo 里的「墨线对照」档就是为了证明这件事：同样的山、同样的青绿配色，只换线色，「金碧山水」的贵气立刻消失。 「金碧山水」这个名字，就是从那条金线来的。

石青石绿要按海拔映射，不是按明暗

这是青绿山水的固定语法：山脚石绿、山顶石青。不是随机分色，也不是用明暗分：

// 顶点着色器里把世界坐标传出来
vW = (modelMatrix * vec4(position, 1.0)).xyz;

// 片元着色器：按 y 取海拔，归一化范围要贴合实际山高
float alt = clamp((vW.y + 1.45) / 3.05, 0.0, 1.0);
alt = smoothstep(0.08, 0.92, alt);
vec3 base = mix(uLow, uHigh, alt);   // uLow=石绿, uHigh=石青

⚠️ 归一化范围一定要贴合实际模型高度。初版系数没对上，alt 大部分时间挤在中段，青绿两色根本分不开，看着就是一片墨绿。

金不只在线上，也在山脊

除了描边，受光的山脊再敷一层金粉，「金碧」才立得住：

float ridge = smoothstep(0.72, 0.98, lam) * smoothstep(0.35, 0.8, alt);
col = mix(col, uLine, ridge * uGold * 0.42);

uGold = 0 时这条完全不生效，正好用来做墨线对照档。

又栽了一次的坑

暗部下限压太狠。初版 mix(base * 0.55, base, q)，矿物色的饱和度全被吃掉，整片山糊成墨绿——和敦煌那次是同一个错误。改成 0.78 才对。青绿山水（尤其《千里江山图》）以鲜艳著称，把它画暗就丢了根本特征。

水面也一样：初版 11×6 的平面四条硬边全在画面里，像一块灰绿托盘；放大到 46×34 让边缘出画，再把不透明度压到 0.13 —— 青绿山水的水多是 留白加一点淡色，让绢底透上来才对。

敦煌壁画：让它好看的是破坏，不是配色

前三个方案（水墨、工笔、剪纸）里噪声都是配角——用来打破机械感的微扰。敦煌反过来：噪声是主角，幅度大一个量级。

一句话概括这个方案：敦煌壁画好看，很大程度上是因为它旧了。 把做旧关掉，剩下的只是三色平涂，一点特征都没有。demo 里的「初绘」档就是这个对照—— 同一套 shader、同样的配色，只把 uAge 从 1.0 降到 0.15，敦煌感立刻消失。

1️⃣ 多倍频噪声，不是单层

剥落是自然破坏，天然多尺度。单层噪声一眼假，要叠：

float fbm(vec3 p){
  float s = 0.0, a = 0.5;
  for (int i = 0; i < 4; i++) { s += a * noise(p); p *= 2.03; a *= 0.5; }
  return s;
}

然后按尺度分工：大块剥落 fbm(vP*3.4)、中等起甲 fbm(vP*11.0)、颗粒 noise(vP*46.0)。

2️⃣ 剥落 = 露出下面的地仗

不是把颜色调暗，是颜料层没了、露出白垩地仗。所以是往地仗色混，不是往黑里混：

float loss = smoothstep(0.52, 0.34, flake * 0.65 + mottle * 0.35);
col = mix(col, uPlaster, clamp(loss * uAge, 0.0, 0.92));

龟裂用噪声的等值线取细缝（两个反向 smoothstep 相乘）：

float c = fbm(vP * 18.0);
float crack = smoothstep(0.495, 0.5, c) * smoothstep(0.515, 0.505, c);

3️⃣ 铅丹变黑：一个真实的美术史细节

敦煌壁画里人物"脸是黑的"，不是当年就那么画的——唐代用的铅丹（红色）氧化后变成深褐近黑。所以这个效果要满足两个条件才对：

只作用在红色区（其他矿物颜料没这个问题）
斑块状，不是整体压暗

float oxid  = smoothstep(0.55, 0.85, fbm(vP * 5.2));
float isRed = step(region, 0.40);
col = mix(col, vec3(0.13, 0.10, 0.09), oxid * isRed * uAge * 0.75);

踩过的坑

色区别用纯 fbm 划分，那会得到"迷彩"。真壁画是分层分块设色的，一栏一栏往上排。改用 vP.y 方向的色带做主结构、噪声只负责把边界啃毛。
前景和背景用同一套 shader 会糊成一片。给背景墙单独一个 uRecede 压暗并去饱和，图与底才分得开。
背景墙用平面就够了。先用半径 2.6 的圆柱，它最前端跑到 z=+1.4 把前面的浮雕全挡住；改缓弧又因为 thetaStart 朝向不好控变成一块悬空小板。壁画本来就画在平墙上，PlaneGeometry 没这些坑。
暗部下限别压太狠。壁画是平涂，本来就没多少明暗；压到 0.62 整张图发闷，矿物色的饱和度全看不出来了。

工笔：勒线才是骨架

工笔和水墨的差别不在"画得细"，在于它是线主导的。所以除了把色阶从 5 阶提到 9 阶、把墨换成矿物色之外，真正的难点是那条线怎么画。

描边的三条路，两条走不通

按 SKILL.md 的性能建议「能在材质里做的就在材质里做」，先试了材质内的两种做法：

| 做法 | 结果 | |------|------| | fwidth(N) 检测法线突变画结构折边 | ❌ 光滑有机形体上基本无效。这类形体没有硬转折，length(fwidth(N)) 全场趋近 0，调阈值救不回来 | | rim（1 - dot(N,V)）压出轮廓暗边 | ❌ 能压出边，但那是渐变带不是线，宽度随曲率变化，没有勒线该有的等宽感 | | 反向外壳（沿法线外扩 + side: BackSide） | ✅ 真正等宽的线，且不需要后处理 |

调试这类"看不见的效果"有个省事办法：把各个分量分别输出到 r/g 通道，一眼就能看出哪个在工作、哪个是 0。我就是这么发现 fwidth 那条全场为零的。

反向外壳的做法：

const outlineMaterial = new THREE.ShaderMaterial({
  uniforms: { uLine, uThickness: { value: 0.018 } },
  side: THREE.BackSide,              // 只渲染背面
  vertexShader: `
    uniform float uThickness;
    void main() {
      vec3 p = position + normalize(normal) * uThickness;   // 沿法线外扩
      gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(p, 1.0);
    }`,
  fragmentShader: `uniform vec3 uLine; void main(){ gl_FragColor = vec4(uLine, 1.0); }`,
});
// 每个本体挂一个外壳作为子对象，跟着一起变换
mesh.add(new THREE.Mesh(geo, outlineMaterial));

代价要说清楚

反向外壳虽然不引 EffectComposer，但它不免费：每个物体多渲染一遍， demo 里实测 draw call 3 → 6、三角面 25,248 → 50,496，正好翻倍。

所以「材质内做」和「后处理」的取舍不是一句"别引 EffectComposer"能概括的：

物体少（本 demo 3 个）：反向外壳更划算，省掉一整套后处理管线
物体多 / 面数高：外壳的成本随场景线性增长，而 Sobel 后处理是一次全屏 pass，与场景复杂度无关——这时候后处理反而更便宜
只有 Sobel 读深度/法线缓冲才能画内部结构线，外壳只能画外轮廓

另外两个细节

勒线必须明显深于最重的一阶颜色。初版把线色设得和 deep 很接近，而 rim 线恰好落在最暗处——深色画在深色上，等于没画。工笔的线本来就是墨线，直接用近黑最稳。
扰动要比水墨小一个量级。水墨靠噪声打破机械感，工笔靠线立骨架，噪声一大线就毛了。这里用的是水墨的 1/4（0.04 vs 0.16）。

剪纸皮影：把水墨那套反过来

水墨方案的三步是「量化明暗 → 边缘压深 → 噪声扰动」。剪纸皮影每一步都要反着做，这也是为什么它值得单独实现一遍——能验证这套思路不是只会「色调分离」一招。

1️⃣ 完全平面化 —— 不写 `dot(N, L)`

皮影是一张平的皮子，正面背面一个色，没有受光面和背光面。所以片元着色器里 刻意不引入光照项：

// 水墨： float lam = max(dot(N, uLight), 0.0);  → 再量化
// 皮影： 直接就是纸的本色，颜色不随朝向变化
vec3 col = uPaper;

2️⃣ 背光透射 —— rim 往亮里走，不往暗里走

同样是 rim，方向完全相反：水墨用它压出浓墨，皮影用它表现灯光从薄边透出来。

float rim   = 1.0 - max(dot(N, normalize(vV)), 0.0);
float bleed = smoothstep(0.05, 0.75, rim);
col = mix(col, uGlow, bleed * 0.95);   // 水墨这里是 mix(col, uInk, ...)

阈值要放低、范围要拉宽，否则只有镂空边缘发光、外轮廓是死的。

3️⃣ 信息量在「镂空」不在「体积」

剪纸没有明暗层次可用，全靠轮廓和镂空说话，所以几何体要用 Shape + holes 而不是现成的球/环：

瓣尖必须尖：pow(abs(cos(n*t/2)), 1.9) 把峰压尖、谷压宽。用圆润的正弦花瓣会像齿轮，不像刀剪的。
放射长条槽比圆孔像得多：Path.absellipse(..., rotation) 让长轴对准圆心。
多层要错开：三层同心同大小时，前面那张会把后面全挡住，「层」根本看不出来。尺寸拉开 + 初始角度错开 + 轻微偏移才有叠透效果。

灯光与幕布

皮影的光源在幕布后面，画面是「暗幕布上一盏灯」，不是满屏发光。灯晕范围和强度都要收着用，否则背景过曝会把剪影吞掉。

配色方案

复用中国传统色，三套起步：

| 风格 | 纸色 | 浓墨 | 中间调 | |------|------|------|--------| | 水墨 | #F7F5F0 | #2E2A26 | #5A5550 | | 青绿 | #F2F5F2 | #14322B | #2F6B5E | | 朱砂 | #FBF7F4 | #3A1512 | #B23A2E |

关键：背景色要和纸色一致，否则物体像贴在画上而不是画在纸上。

完整可运行示例

demo.html —— 水墨（Three.js r170 + importmap，单文件无需构建）：

实时水墨 shader（上面三个技法全在里面）
三套配色可切换（水墨 / 青绿 / 朱砂）
实测：2 draw call / 14496 三角面 / WebGL 无错误

qinglv-demo.html —— 青绿山水（2026-08-22 新增）：

色阶量化 + 石青石绿按海拔映射 + 金色描边
三档可切换：千里江山 / 金碧（金更重）/ 墨线对照
「墨线对照」档是这个 demo 的价值所在：完全相同的几何体与青绿配色，只把线色从暖金换成墨黑，「金碧」的贵气立刻消失。一个参数就能验证表里那句「edge 用暖金而非墨黑」不是随口说的

dunhuang-demo.html —— 敦煌壁画（2026-08-22 新增）：

三色限定（土红/石青/石绿）+ 多倍频噪声做剥落、龟裂、铅丹变黑
三档老化可切换：盛唐 / 北魏（更重）/ 初绘（几乎不破坏）
「初绘」那档是这个 demo 最有说服力的地方：同一套 shader，只把 uAge 从 1.0 降到 0.15，画面立刻变成鲜艳平涂，一点"敦煌感"都没有

gongbi-demo.html —— 工笔（2026-08-20 新增）：

9 阶量化 + 矿物色（石青/石绿/朱砂）+ 反向外壳墨线
界面上实时显示 draw call / 三角面 / fps，性能代价看得见不靠嘴说
实测：描边让 draw call 和三角面正好翻倍（3→6 call，25,248→50,496 面）

papercut-demo.html —— 剪纸皮影（2026-08-20 新增）：

和水墨正好相反的一套做法，见下面「剪纸皮影」一节
三层镂空叠透 + 幕布灯晕，三套配色可切换（皮影 / 窗花 / 敦煌）
实测：headless Chrome 真 GPU 渲染无 WebGL 错误；1400×950 与 390×844 两种尺寸都完整成像（相机距离按宽高比自适应，早期版本在竖屏会裁掉一圈）

在线预览：https://sanhuang520-ship-it.github.io/awesome-chinese-ai-tools/themes/ink3d.html

只做方案审查时

用户明确说“不修改、不运行，只做技术方案或检查现成 Demo”时，先给结论，限制读取范围：

先用本文件已有的三项技法、性能要点和 Demo 路径回答。
如需核对实现，只搜索 demo.html 中与问题直接相关的行；不要整文件输出，也不要读取 intro-demo.html，除非用户问开场动画。
最多核对 3 类证据：Three.js 版本、shader 关键字、性能保护。每类只摘必要行号与结论。
不启动浏览器、不运行 Demo，就明确写“静态源码审查，未做运行时验证”。

静态审查应控制在：技术结论 → 移动端风险 → Demo 路径 → 未验证项，不要因为仓库里已有源码就展开成逐行代码审计。

用户给出字数上限时

字数上限是硬门槛，不是大致篇幅。先在内部压缩并计数字符，再只输出成品；不要把过程说明、长绝对路径或额外寒暄计入最终答案。中文短审查优先使用下面的紧凑结构：

结论：静态思路可行，未运行。
技法：①…；②…；③…。
风险：①…；②…；③…。
路径：`skills/guofeng-threejs/demo.html`；`skills/guofeng-threejs/intro-demo.html`。
未实测：FPS/功耗/内存、目标机型与 WebView、降级和上下文恢复。

用户要求 300 字内时，最终响应按 Unicode 字符计数必须 <= 300；拿不准就压到约 220–260 字留余量。
路径用仓库相对路径，不泄露临时目录或用户本机路径。
用户禁止运行时，只做 rg / 定点读取等静态核对；不要启动浏览器、服务器、构建或 Demo。

其他中式风格（表内 4 种已全部实现）

| 风格 | 关键技法 | |------|---------| | 青绿山水 | ✅ 已实现，见 qinglv-demo.html 与下节 | | 敦煌壁画 | ✅ 已实现，见 dunhuang-demo.html 与下节 | | 剪纸皮影 | ✅ 已实现，见 papercut-demo.html 与下节 | | 工笔 | ✅ 已实现，见 gongbi-demo.html 与下节（描边没用 Sobel，原因写在那里） |

性能要点

shader 里的 noise 很贵。手机端把 noise(vP * 40.0) 的纸纹改成贴图采样。
draw call 越少越好。同材质的物体用 InstancedMesh。
像素比要限制：renderer.setPixelRatio(Math.min(devicePixelRatio, 2))，否则高分屏直接卡死。
不用后处理就别引 EffectComposer，能在材质里做的就在材质里做。 ⚠️ 但这条不是绝对的——"材质里做"也可能更贵。做工笔勒线时实测：反向外壳虽然免了后处理管线，却让 draw call 和三角面正好翻倍（3→6，25,248→50,496），而且成本随物体数量线性增长；Sobel 后处理是一次全屏 pass，与场景复杂度无关。 物体少用外壳，物体多/面数高时后处理反而便宜，别照搬结论，按场景算一次。（详见「工笔：勒线才是骨架」一节）
移动端建议 60fps 掉到 30fps 就该降级——加个 FPS 监测自动降质量。

边界

不做通用 Three.js 教学。基础用法请看官方文档，这里只讲中式渲染。
不保证跨设备一致。GLSL 在不同 GPU/驱动上有精度差异，重要项目要真机测。
不模仿具体画家风格。可以做"水墨感"，不做"齐白石风格"——风格模仿有争议。
不确定的图形学细节要说明。涉及特定 GPU 兼容性、WebGPU 迁移等，建议查最新文档。

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