aelyraAI/threejs-animation

Three.js アニメーション

クイックスタート

import * as THREE from "three";

// シンプルなプロシージャルアニメーション
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();

アニメーションシステムの概要

Three.js のアニメーションシステムは、3つの主要なコンポーネントで構成されています。

1. AnimationClip - キーフレームデータのコンテナ
2. AnimationMixer - ルートオブジェクト上でアニメーションを再生
3. AnimationAction - クリップの再生を制御

AnimationClip

キーフレームアニメーションデータを保存します。

// アニメーションクリップの作成
const times = [0, 1, 2]; // キーフレームの時刻（秒）
const values = [0, 1, 0]; // 各キーフレームの値

const track = new THREE.NumberKeyframeTrack(
  ".position[y]", // プロパティパス
  times,
  values,
);

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

KeyframeTrackの種類

// 数値トラック（単一値）
new THREE.NumberKeyframeTrack(".opacity", times, [1, 0]);
new THREE.NumberKeyframeTrack(".material.opacity", times, [1, 0]);

// ベクトルトラック（位置、スケール）
new THREE.VectorKeyframeTrack(".position", times, [
  0,
  0,
  0, // t=0
  1,
  2,
  0, // t=1
  0,
  0,
  0, // t=2
]);

// クォータニオントラック（回転）
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],
);

// カラートラック
new THREE.ColorKeyframeTrack(".material.color", times, [
  1,
  0,
  0, // 赤
  0,
  1,
  0, // 緑
  0,
  0,
  1, // 青
]);

// ブーリアントラック
new THREE.BooleanKeyframeTrack(".visible", [0, 0.5, 1], [true, false, true]);

// 文字列トラック（モーフターゲット用）
new THREE.StringKeyframeTrack(
  ".morphTargetInfluences[smile]",
  [0, 1],
  ["0", "1"],
);

補間モード

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

// 補間
const track.setInterpolation(THREE.InterpolateLinear); // デフォルト
const track.setInterpolation(THREE.InterpolateSmooth); // 3次スプライン
const track.setInterpolation(THREE.InterpolateDiscrete); // ステップ関数

AnimationMixer

オブジェクトとその子孫に対してアニメーションを再生します。

const mixer = new THREE.AnimationMixer(model);

// クリップからアクションを作成
const action = mixer.clipAction(clip);
action.play();

// アニメーションループで更新
function animate() {
  const delta = clock.getDelta();
  mixer.update(delta); // 必須！

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

ミキサーイベント

mixer.addEventListener("finished", (e) => {
  console.log("アニメーション終了:", e.action.getClip().name);
});

mixer.addEventListener("loop", (e) => {
  console.log("アニメーションループ:", e.action.getClip().name);
});

AnimationAction

アニメーションクリップの再生を制御します。

const action = mixer.clipAction(clip);

// 再生制御
action.play();
action.stop();
action.reset();
action.halt(fadeOutDuration);

// 再生状態
action.isRunning();
action.isScheduled();

// 時間制御
action.time = 0.5; // 現在時刻
action.timeScale = 1; // 再生速度（負の値は逆再生）
action.paused = false;

// ウェイト（ブレンド用）
action.weight = 1; // 0-1、最終ポーズへの寄与度
action.setEffectiveWeight(1);

// ループモード
action.loop = THREE.LoopRepeat; // デフォルト: 無限ループ
action.loop = THREE.LoopOnce; // 1回再生して停止
action.loop = THREE.LoopPingPong; // 前後交互に再生
action.repetitions = 3; // ループ回数（デフォルトはInfinity）

// クランプ
action.clampWhenFinished = true; // 終了時に最終フレームを保持

// ブレンド
action.blendMode = THREE.NormalAnimationBlendMode;
action.blendMode = THREE.AdditiveAnimationBlendMode;

フェードイン/アウト

// フェードイン
action.reset().fadeIn(0.5).play();

// フェードアウト
action.fadeOut(0.5);

// アニメーション間のクロスフェード
const action1 = mixer.clipAction(clip1);
const action2 = mixer.clipAction(clip2);

action1.play();

// 後で、action2にクロスフェード
action1.crossFadeTo(action2, 0.5, true);
action2.play();

GLTFアニメーションの読み込み

スケルタルアニメーションの最も一般的なソースです。

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);

  // ミキサーの作成
  const mixer = new THREE.AnimationMixer(model);

  // すべてのクリップを取得
  const clips = gltf.animations;
  console.log(
    "利用可能なアニメーション:",
    clips.map((c) => c.name),
  );

  // 最初のアニメーションを再生
  if (clips.length > 0) {
    const action = mixer.clipAction(clips[0]);
    action.play();
  }

  // 名前で特定のアニメーションを再生
  const walkClip = THREE.AnimationClip.findByName(clips, "Walk");
  if (walkClip) {
    mixer.clipAction(walkClip).play();
  }

  // 更新ループ用にミキサーを保存
  window.mixer = mixer;
});

// アニメーションループ
function animate() {
  const delta = clock.getDelta();
  if (window.mixer) window.mixer.update(delta);

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

スケルタルアニメーション

スケルトンとボーン

// スキンメッシュからスケルトンにアクセス
const skinnedMesh = model.getObjectByProperty("type", "SkinnedMesh");
const skeleton = skinnedMesh.skeleton;

// ボーンにアクセス
skeleton.bones.forEach((bone) => {
  console.log(bone.name, bone.position, bone.rotation);
});

// 名前で特定のボーンを検索
const headBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "Head");
if (headBone) headBone.rotation.y = Math.PI / 4; // 頭を回転

// スケルトンヘルパー
const helper = new THREE.SkeletonHelper(model);
scene.add(helper);

プログラムによるボーンアニメーション

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

  // ボーンをアニメーション
  const headBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "Head");
  if (headBone) {
    headBone.rotation.y = Math.sin(time) * 0.3;
  }

  // クリップも再生している場合はミキサーを更新
  mixer.update(clock.getDelta());
}

ボーンへのアタッチメント

// オブジェクトをボーンにアタッチ
const weapon = new THREE.Mesh(weaponGeometry, weaponMaterial);
const handBone = skeleton.bones.find((b) => b.name === "RightHand");
if (handBone) handBone.add(weapon);

// アタッチメントのオフセット
weapon.position.set(0, 0, 0.5);
weapon.rotation.set(0, Math.PI / 2, 0);

モーフターゲット

異なるメッシュ形状間をブレンドします。

// モーフターゲットはジオメトリに保存
const geometry = mesh.geometry;
console.log("モーフ属性:", Object.keys(geometry.morphAttributes));

// モーフターゲットの影響度にアクセス
mesh.morphTargetInfluences; // ウェイトの配列
mesh.morphTargetDictionary; // 名前 -> インデックスのマッピング

// インデックスでモーフターゲットを設定
mesh.morphTargetInfluences[0] = 0.5;

// 名前で設定
const smileIndex = mesh.morphTargetDictionary["smile"];
mesh.morphTargetInfluences[smileIndex] = 1;

モーフターゲットのアニメーション

// プロシージャル
function animate() {
  const t = clock.getElapsedTime();
  mesh.morphTargetInfluences[0] = (Math.sin(t) + 1) / 2;
}

// キーフレームアニメーションを使用
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();

アニメーションブレンド

複数のアニメーションを混ぜ合わせます。

// アクションの設定
const idleAction = mixer.clipAction(idleClip);
const walkAction = mixer.clipAction(walkClip);
const runAction = mixer.clipAction(runClip);

// 異なるウェイトですべて再生
idleAction.play();
walkAction.play();
runAction.play();

// 初期ウェイトを設定
idleAction.setEffectiveWeight(1);
walkAction.setEffectiveWeight(0);
runAction.setEffectiveWeight(0);

// 速度に基づいてブレンド
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);
  }
}

加算ブレンド

// ベースポーズ
const baseAction = mixer.clipAction(baseClip);
baseAction.play();

// 加算レイヤー（例: 呼吸）
const additiveAction = mixer.clipAction(additiveClip);
additiveAction.blendMode = THREE.AdditiveAnimationBlendMode;
additiveAction.play();

// クリップを加算に変換
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(additiveClip);

アニメーションユーティリティ

import * as THREE from "three";

// 名前でクリップを検索
const clip = THREE.AnimationClip.findByName(clips, "Walk");

// サブクリップを作成
const subclip = THREE.AnimationUtils.subclip(clip, "subclip", 0, 30, 30);

// 加算に変換
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(clip);
THREE.AnimationUtils.makeClipAdditive(clip, 0, referenceClip);

// クリップをクローン
const clone = clip.clone();

// クリップの長さを取得
clip.duration;

// クリップを最適化（冗長なキーフレームを削除）
clip.optimize();

// クリップを最初のフレームにリセット
clip.resetDuration();

プロシージャルアニメーションパターン

スムーズダンピング

// スムーズフォロー/線形補間
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);
}

スプリング物理

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);
}

オシレーション

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

  // サイン波
  mesh.position.y = Math.sin(t * 2) * 0.5;

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

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

  // 8の字
  mesh.position.x = Math.sin(t) * 2;
  mesh.position.z = Math.sin(t * 2) * 1;
}

パフォーマンスのヒント

1. クリップを共有する: 同じ AnimationClip を複数のミキサーで使用できます
2. クリップを最適化する: clip.optimize() を呼び出して冗長なキーフレームを削除
3. 画面外では無効にする: 非表示オブジェクトのミキサー更新を停止
4. アニメーションに LOD を使用する: 遠くのキャラクターには簡素なリグを使用
5. アクティブなミキサーを制限する: 各 mixer.update() にはコストがかかります

// 非表示時にアニメーションを一時停止
mesh.onBeforeRender = () => {
  action.paused = false;
};

mesh.onAfterRender = () => {
  // 次のフレームで表示されるか確認
  if (!isInFrustum(mesh)) {
    action.paused = true;
  }
};

// クリップのキャッシュ
const clipCache = new Map();
function getClip(name) {
  if (!clipCache.has(name)) {
    clipCache.set(name, loadClip(name));
  }
  return clipCache.get(name);
}

関連項目

• threejs-loaders - アニメーション付きGLTFモデルの読み込み
• threejs-fundamentals - クロックとアニメーションループ
• threejs-shaders - シェーダー内の頂点アニメーション