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Three.js-Animation

Kurzstart

import * as THREE from "three";

// Einfache prozedurale Animation
const clock = new THREE.Clock();

function animate() {
  const delta = clock.getDelta();
  const elapsed = clock.getElapsedTime();

  mesh.rotation.y += delta;
  mesh.position.y = Math.sin(elapsed) * 0.5;

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

Überblick über das Animationssystem

Das Three.js-Animationssystem besteht aus drei Hauptkomponenten:

1. AnimationClip – Container für Keyframe-Daten
2. AnimationMixer – Spielt Animationen auf einem Wurzelobjekt ab
3. AnimationAction – Steuert die Wiedergabe eines Clips

AnimationClip

Speichert Keyframe-Animationsdaten.

// Animationsclip erstellen
const times = [0, 1, 2]; // Keyframe-Zeiten (Sekunden)
const values = [0, 1, 0]; // Werte an jedem Keyframe

const track = new THREE.NumberKeyframeTrack(
  ".position[y]", // Eigenschaftspfad
  times,
  values,
);

const clip = new THREE.AnimationClip("bounce", 2, [track]);

KeyframeTrack-Typen

// Number-Track (Einzelwert)
new THREE.NumberKeyframeTrack(".opacity", times, [1, 0]);
new THREE.NumberKeyframeTrack(".material.opacity", times, [1, 0]);

// Vector-Track (Position, Skalierung)
new THREE.VectorKeyframeTrack(".position", times, [
  0,
  0,
  0, // t=0
  1,
  2,
  0, // t=1
  0,
  0,
  0, // t=2
]);

// Quaternion-Track (Rotation)
const q1 = new THREE.Quaternion().setFromEuler(new THREE.Euler(0, 0, 0));
const q2 = new THREE.Quaternion().setFromEuler(new THREE.Euler(0, Math.PI, 0));
new THREE.QuaternionKeyframeTrack(
  ".quaternion",
  [0, 1],
  [q1.x, q1.y, q1.z, q1.w, q2.x, q2.y, q2.z, q2.w],
);

// Color-Track
new THREE.ColorKeyframeTrack(".material.color", times, [
  1,
  0,
  0, // rot
  0,
  1,
  0, // grün
  0,
  0,
  1, // blau
]);

// Boolean-Track
new THREE.BooleanKeyframeTrack(".visible", [0, 0.5, 1], [true, false, true]);

// String-Track (für Morph-Targets)
new THREE.StringKeyframeTrack(
  ".morphTargetInfluences[smile]",
  [0, 1],
  ["0", "1"],
);

Interpolationsmodi

const track = new THREE.VectorKeyframeTrack(".position", times, values);

// Interpolation
track.setInterpolation(THREE.InterpolateLinear); // Standard
track.setInterpolation(THREE.InterpolateSmooth); // Kubischer Spline
track.setInterpolation(THREE.InterpolateDiscrete); // Sprungfunktion

AnimationMixer

Spielt Animationen auf einem Objekt und seinen Nachkommen ab.

const mixer = new THREE.AnimationMixer(model);

// Aktion aus Clip erstellen
const action = mixer.clipAction(clip);
action.play();

// In der Animationsschleife aktualisieren
function animate() {
  const delta = clock.getDelta();
  mixer.update(delta); // Erforderlich!

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

Mixer-Ereignisse

mixer.addEventListener("finished", (e) => {
  console.log("Animation beendet:", e.action.getClip().name);
});

mixer.addEventListener("loop", (e) => {
  console.log("Animationsschleife:", e.action.getClip().name);
});

AnimationAction

Steuert die Wiedergabe eines Animationsclips.

const action = mixer.clipAction(clip);

// Wiedergabesteuerung
action.play();
action.stop();
action.reset();
action.halt(fadeOutDuration);

// Wiedergabestatus
action.isRunning();
action.isScheduled();

// Zeitsteuerung
action.time = 0.5; // Aktuelle Zeit
action.timeScale = 1; // Wiedergabegeschwindigkeit (negativ = rückwärts)
action.paused = false;

// Gewicht (für Überblendung)
action.weight = 1; // 0-1, Beitrag zur endgültigen Pose
action.setEffectiveWeight(1);

// Schleifenmodi
action.loop = THREE.LoopRepeat; // Standard: endlos wiederholen
action.loop = THREE.LoopOnce; // Einmal abspielen und stoppen
action.loop = THREE.LoopPingPong; // Vorwärts/rückwärts abwechseln
action.repetitions = 3; // Anzahl der Wiederholungen (Standard: Infinity)

// Clamping
action.clampWhenFinished = true; // Letzten Frame halten, wenn fertig

// Überblendung
action.blendMode = THREE.NormalAnimationBlendMode;
action.blendMode = THREE.AdditiveAnimationBlendMode;

Ein-/Ausblenden

// Einblenden
action.reset().fadeIn(0.5).play();

// Ausblenden
action.fadeOut(0.5);

// Überblenden zwischen Animationen
const action1 = mixer.clipAction(clip1);
const action2 = mixer.clipAction(clip2);

action1.play();

// Später zu action2 überblenden
action1.crossFadeTo(action2, 0.5, true);
action2.play();

Laden von GLTF-Animationen

Häufigste Quelle für Skelett-Animationen.

import { GLTFLoader } from "three/examples/jsm/loaders/GLTFLoader.js";

const loader = new GLTFLoader();
loader.load("model.glb", (gltf) => {
  const model = gltf.scene;
  scene.add(model);

  // Mixer erstellen
  const mixer = new THREE.AnimationMixer(model);

  // Alle Clips abrufen
  const clips = gltf.animations;
  console.log(
    "Verfügbare Animationen:",
    clips.map((c) => c.name),
  );

  // Erste Animation abspielen
  if (clips.length > 0) {
    const action = mixer.clipAction(clips[0]);
    action.play();
  }

  // Bestimmte Animation nach Namen abspielen
  const walkClip = THREE.AnimationClip.findByName(clips, "Walk");
  if (walkClip) {
    mixer.clipAction(walkClip).play();
  }

  // Mixer für Aktualisierungsschleife speichern
  window.mixer = mixer;
});

// Animationsschleife
function animate() {
  const delta = clock.getDelta();
  if (window.mixer) window.mixer.update(delta);

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

Skelett-Animation

Skelett und Bones

// Auf das Skelett eines skinned mesh zugreifen
const skinnedMesh = model.getObjectByProperty("type", "SkinnedMesh");
const skeleton = skinnedMesh.skeleton;

// Auf Bones zugreifen
skeleton.bones.forEach((bone) => {
  console.log(bone.name, bone.position, bone.rotation);
});

// Bestimmten Bone nach Namen finden
const headBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "Head");
if (headBone) headBone.rotation.y = Math.PI / 4; // Kopf drehen

// Skelett-Helfer
const helper = new THREE.SkeletonHelper(model);
scene.add(helper);

Programmgesteuerte Bone-Animation

function animate() {
  const time = clock.getElapsedTime();

  // Bone animieren
  const headBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "Head");
  if (headBone) {
    headBone.rotation.y = Math.sin(time) * 0.3;
  }

  // Mixer aktualisieren, wenn auch Clips abgespielt werden
  mixer.update(clock.getDelta());
}

Anhängen an Bones

// Objekt an Bone anhängen
const weapon = new THREE.Mesh(weaponGeometry, weaponMaterial);
const handBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "RightHand");
if (handBone) handBone.add(weapon);

// Offset für Anhängsel
weapon.position.set(0, 0, 0.5);
weapon.rotation.set(0, Math.PI / 2, 0);

Morph-Targets

Zwischen verschiedenen Mesh-Formen überblenden.

// Morph-Targets werden in der Geometrie gespeichert
const geometry = mesh.geometry;
console.log("Morph-Attribute:", Object.keys(geometry.morphAttributes));

// Auf Morph-Target-Influences zugreifen
mesh.morphTargetInfluences; // Array von Gewichten
mesh.morphTargetDictionary; // Name -> Index-Zuordnung

// Morph-Target per Index setzen
mesh.morphTargetInfluences[0] = 0.5;

// Per Name setzen
const smileIndex = mesh.morphTargetDictionary["smile"];
mesh.morphTargetInfluences[smileIndex] = 1;

Morph-Targets animieren

// Prozedural
function animate() {
  const t = clock.getElapsedTime();
  mesh.morphTargetInfluences[0] = (Math.sin(t) + 1) / 2;
}

// Mit Keyframe-Animation
const track = new THREE.NumberKeyframeTrack(
  ".morphTargetInfluences[smile]",
  [0, 0.5, 1],
  [0, 1, 0],
);
const clip = new THREE.AnimationClip("smile", 1, [track]);
mixer.clipAction(clip).play();

Animationsüberblendung

Mehrere Animationen mischen.

// Aktionen einrichten
const idleAction = mixer.clipAction(idleClip);
const walkAction = mixer.clipAction(walkClip);
const runAction = mixer.clipAction(runClip);

// Alle mit unterschiedlichen Gewichten abspielen
idleAction.play();
walkAction.play();
runAction.play();

// Anfangsgewichte setzen
idleAction.setEffectiveWeight(1);
walkAction.setEffectiveWeight(0);
runAction.setEffectiveWeight(0);

// Basierend auf Geschwindigkeit überblenden
function updateAnimations(speed) {
  if (speed < 0.1) {
    idleAction.setEffectiveWeight(1);
    walkAction.setEffectiveWeight(0);
    runAction.setEffectiveWeight(0);
  } else if (speed < 5) {
    const t = speed / 5;
    idleAction.setEffectiveWeight(1 - t);
    walkAction.setEffectiveWeight(t);
    runAction.setEffectiveWeight(0);
  } else {
    const t = Math.min((speed - 5) / 5, 1);
    idleAction.setEffectiveWeight(0);
    walkAction.setEffectiveWeight(1 - t);
    runAction.setEffectiveWeight(t);
  }
}

Additive Überblendung

// Basis-Pose
const baseAction = mixer.clipAction(baseClip);
baseAction.play();

// Additive Ebene (z.B. Atmung)
const additiveAction = mixer.clipAction(additiveClip);
additiveAction.blendMode = THREE.AdditiveAnimationBlendMode;
additiveAction.play();

// Clip in additiv umwandeln
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(additiveClip);

Animations-Hilfsfunktionen

import * as THREE from "three";

// Clip nach Namen finden
const clip = THREE.AnimationClip.findByName(clips, "Walk");

// Subclip erstellen
const subclip = THREE.AnimationUtils.subclip(clip, "subclip", 0, 30, 30);

// In additiv umwandeln
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(clip);
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(clip, 0, referenceClip);

// Clip klonen
const clone = clip.clone();

// Clip-Dauer abrufen
clip.duration;

// Clip optimieren (redundante Keyframes entfernen)
clip.optimize();

// Clip auf ersten Frame zurücksetzen
clip.resetDuration();

Prozedurale Animationsmuster

Sanfte Dämpfung

// Sanftes Folgen/Lerp
const target = new THREE.Vector3();
const current = new THREE.Vector3();
const velocity = new THREE.Vector3();

function smoothDamp(current, target, velocity, smoothTime, deltaTime) {
  const omega = 2 / smoothTime;
  const x = omega * deltaTime;
  const exp = 1 / (1 + x + 0.48 * x * x + 0.235 * x * x * x);
  const change = current.clone().sub(target);
  const temp = velocity
    .clone()
    .add(change.clone().multiplyScalar(omega))
    .multiplyScalar(deltaTime);
  velocity.sub(temp.clone().multiplyScalar(omega)).multiplyScalar(exp);
  return target.clone().add(change.add(temp).multiplyScalar(exp));
}

function animate() {
  current.copy(smoothDamp(current, target, velocity, 0.3, delta));
  mesh.position.copy(current);
}

Feder-Physik

class Spring {
  constructor(stiffness = 100, damping = 10) {
    this.stiffness = stiffness;
    this.damping = damping;
    this.position = 0;
    this.velocity = 0;
    this.target = 0;
  }

  update(dt) {
    const force = -this.stiffness * (this.position - this.target);
    const dampingForce = -this.damping * this.velocity;
    this.velocity += (force + dampingForce) * dt;
    this.position += this.velocity * dt;
    return this.position;
  }
}

const spring = new Spring(100, 10);
spring.target = 1;

function animate() {
  mesh.position.y = spring.update(delta);
}

Oszillation

function animate() {
  const t = clock.getElapsedTime();

  // Sinuswelle
  mesh.position.y = Math.sin(t * 2) * 0.5;

  // Hüpfen
  mesh.position.y = Math.abs(Math.sin(t * 3)) * 2;

  // Kreisbewegung
  mesh.position.x = Math.cos(t) * 2;
  mesh.position.z = Math.sin(t) * 2;

  // Acht
  mesh.position.x = Math.sin(t) * 2;
  mesh.position.z = Math.sin(t * 2) * 1;
}

Performance-Tipps

1. Clips teilen: Derselbe AnimationClip kann auf mehreren Mixern verwendet werden
2. Clips optimieren: Rufe clip.optimize() auf, um redundante Keyframes zu entfernen
3. Bei Nicht-Sichtbarkeit deaktivieren: Stoppe Mixer-Updates für unsichtbare Objekte
4. LOD für Animationen verwenden: Einfachere Rigs für entfernte Charaktere
5. Aktive Mixer begrenzen: Jeder mixer.update() verursacht Kosten

// Animation pausieren, wenn nicht sichtbar
mesh.onBeforeRender = () => {
  action.paused = false;
};

mesh.onAfterRender = () => {
  // Prüfen, ob im nächsten Frame sichtbar
  if (!isInFrustum(mesh)) {
    action.paused = true;
  }
};

// Clips cachen
const clipCache = new Map();
function getClip(name) {
  if (!clipCache.has(name)) {
    clipCache.set(name, loadClip(name));
  }
  return clipCache.get(name);
}

Siehe auch

• threejs-loaders – Laden animierter GLTF-Modelle
• threejs-fundamentals – Clock und Animationsschleife
• threejs-shaders – Vertex-Animation in Shadern