这里,我们将向大家演示WebGL的一些朴素说明和基本使用,即使你后续使用第三方3D渲染引擎进行绘制,这里的基本概念依旧是非常有益的,或者说是必要的。
在演示和说明的时候,我们选择基于image3D.js来作为依赖库,但由于其朴素的语法几乎和原生WebGL是一致的,因此我们认为这不是一个糟糕的选择(如果直接使用原生,代码会变得过于冗余,不好说明)。
在后续的说明中,你都无需查阅别的文档,当然,如果你想知道的更具体,也可以直接访问image3D.js 文档进行查阅。
绘制流程
一般最通用的绘制流程大致如下:
准备好着色器
→数据写入缓冲区并完成分配
→调用绘制方法进行绘制
不知道你是否可以理解上面每个步骤是在干什么,我们下面将通过一个逐渐丰富的例子来进行解释。
你可以提前看看我们最终要绘制的效果:
这是二元函数 : y=x2+ z2的图像。
你可以点击此处进行查看运行效果。
着色器
绘制的第一步,就是准备好两个着色器:顶点着色器
和片段着色器
。前者用于描述绘制的图形的点的位置,后者用于描述每个点的颜色。
可能这样说你会无法理解,其实简单的说就是:我们在绘图的时候,会一次性的把数据都传递给GPU,传递给GPU的数据需要一些"整理"后再使用,而着色器就是驻留在GPU上的这段"整理程序"。
我们传递的数据是什么?不就是点的位置和点的颜色吗。所以,着色器就分为了顶点着色器和片段着色器(有时候也叫片元着色器),前者处理点,后者处理颜色。
所以,让我们先看看这里的顶点着色器的具体代码:
attribute vec4 a_position;
attribute vec4 a_color;
varying vec4 v_color;
void main(){
gl_Position = a_position;
v_color = a_color;
}
内置变量gl_Position就是绘图最终接收的点的数据,而我们定义的变量a_position好比一个管道,我们后续可以给这个变量赋值,也就间接的给gl_Position赋值了(也就是点的位置)。
那v_color是什么?你可以理解,绘图的时候,是以点为主的,每个点的颜色,需要借助点的位置来设置,而v_color就是位置到颜色的桥梁。还是直接看看片段着色器:
precision mediump float;
varying vec4 v_color;
void main(){
gl_FragColor=v_color;
}
同样的存在一个内置变量,这里叫gl_FragColor, 其接收了来自顶点着色器的v_color。
我不知道你是否理解了上面的行为,不过你可能也感觉到了,点的位置和颜色如何处理已经准备好了,后续我们只需要借助a_position和a_color就可以设置数据了。
3D对象
在传递数据前,我们先就基于这两个着色器创建3D对象,这一步非常简单,直接看代码:
var image3d = new image3D(document.getElementsByTagName('canvas')[0], {
"vertex-shader": vsCode,
"fragment-shader": fsCode,
depth: true
});
后续的所有操作,包括传递绘制和绘制等,直接调用这个对象上的接口就可以了。
特别说明:vsCode和fsCode就是上面两个着色器的代码,是字符串。
传递数据
终于,可以给GPU传递数据了,所以,我们先来准备好数据:
var points = [];
/**
具体的写法你可以直接看最终的代码,获取的思路大概就是:
三个点拼接成一个三角形,
每个点由6个数据组成,前3个表示点的位置,后3个表示点的颜色,
而一个个三角形拼接成最终的图形。
*/
// 因此,点的个数就是
var num = points.length / 6;
这些三角形如何确定的?对xoz面,范围是-1 ~ 1,切割成一个个正方形,然后斜切一下就可以了:
对于y值,由 y=x2+ z2计算获取。
数据准备好了,直接设置即可:
image3d.Buffer().write(new Float32Array(points)).use('a_position', 3, 6, 0).use('a_color', 3, 6, 3);
数据写入缓冲区,然后分配给a_position和a_color即可。
绘制
因为是三角形,一共num个,直接执行绘制方法即可:
image3d.Painter().drawTriangle(0, num);
变换
虽然上面的话,图形应该已经出来了,不过,我们看最终的例子好像一直在旋转,那旋转效果是如何出来的?
聪明的你一定想到了顶点着色器,是的,我们只需要修改一下顶点着色器中内置变量gl_Position接收的值,让其都和一个矩阵相乘就可以了。着色器中对应代码修改:
gl_Position=u_matrix * a_position;
后续,我们不停的重新绘制,而在绘制前,都传递一个新的矩阵即可:
// 创建相机对象
var camera = image3d.Camera({
size: 2
}).rotateBody(0.9, 0, 1, 0).rotateBody(0.3, 1, 0, 0, 0, 0, 1).moveBody(0.5, 0, -1, 0);
setInterval(function () {
// 每次重新绘制前,都围绕射线(0,0,0)→ (0,1,0)旋转弧度0.05
camera.rotateBody(0.05, 0, 1, 0);
// 传递照相机
image3d.setUniformMatrix("u_matrix",
camera.value()
);
// 绘制
painter.drawTriangle(0, num);
}, 30);
更多
如果说,我们希望再加上光照、投影,或者说,可不可以给图形贴上“皮肤”等,怎么写,是不是不言而喻了。
是的,思路都非常简单,通过修改两个着色器最终获取的变量值即可,如何修改?那你就可以借助一系列的数学计算和着色器的内置函数了。
完整代码
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-cn">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<script src="https://unpkg.com/image3d@3"></script>
<style>
body {
margin: 0;
text-align: center;
overflow: hidden;
}
</style>
<!-- 顶点着色器 -->
<script type='x-shader/x-vertex' id='vs'>
attribute vec4 a_position;
uniform mat4 u_matrix;
attribute vec4 a_color;
varying vec4 v_color;
void main(){
gl_Position=u_matrix * a_position;
v_color=a_color;
}
</script>
<!-- 片段着色器 -->
<script type='x-shader/x-fragment' id='fs'>
precision mediump float;
varying vec4 v_color;
void main(){
gl_FragColor=v_color;
}
</script>
</head>
<body>
<canvas width='300' height='300'>非常抱歉,您的浏览器不支持canvas!</canvas>
<script>
// 创建3D对象并配置好画布和着色器
var image3d = new image3D(document.getElementsByTagName('canvas')[0], {
"vertex-shader": document.getElementById("vs").innerText,
"fragment-shader": document.getElementById("fs").innerText,
depth: true
});
/**
* 许多的点,三个点拼接成一个三角形,
* 每个点由6个数据组成,前3个表示点的位置,后3个表示点的颜色
* 而一个个三角形拼接成最终的图形
*/
var points = [];
// 一个根据值来确定颜色的方法
var valToColor = function (val) {
return [val * 0.5, 0.5, 1 - val * 0.5];
}
var dist = 0.02;
var color, val;
// y=x2+z2;
for (var x = -1; x < 1; x += dist) {
for (var z = -1; z <= 1; z += dist) {
// 左上三角形
val = x * x + z * z;
color = valToColor(val);
points.push(x, val, z, color[0], color[1], color[2]);
val = (x + dist) * (x + dist) + z * z;
points.push(x + dist, val, z, color[0], color[1], color[2]);
val = x * x + (z + dist) * (z + dist);
points.push(x, val, z + dist, color[0], color[1], color[2]);
// 右下三角形
val = (x + dist) * (x + dist) + z * z;
color = valToColor(val);
points.push(x + dist, val, z, color[0], color[1], color[2]);
val = x * x + (z + dist) * (z + dist);
points.push(x, val, z + dist, color[0], color[1], color[2]);
val = (x + dist) * (x + dist) + (z + dist) * (z + dist);
points.push(x + dist, val, z + dist, color[0], color[1], color[2]);
}
}
// 点的个数
var num = points.length / 6;
// 点的坐标
image3d.Buffer().write(new Float32Array(points)).use('a_position', 3, 6, 0).use('a_color', 3, 6, 3);
var painter = image3d.Painter();
// 创建相机对象
var camera = image3d.Camera({
size: 2
}).rotateBody(0.9, 0, 1, 0).rotateBody(0.3, 1, 0, 0, 0, 0, 1).moveBody(0.5, 0, -1, 0);
setInterval(function () {
camera.rotateBody(0.05, 0, 1, 0);
// 传递照相机
image3d.setUniformMatrix("u_matrix",
camera.value()
);
// 绘制
painter.drawTriangle(0, num);
}, 30);
</script>
</body>
</html>
**粗体** _斜体_ [链接](http://example.com) `代码` - 列表 > 引用
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