webgl入门(2)-初识webgl和着色器

时间 2019-11-30

标签 webgl 入门着色繁體版

原文原文链接

前言

原书中第2章很是长，若是整理成一个文档的话，得看好多天。为了浏览方便，我将其拆分红若干小节，方便你们学习。javascript

webgl采用HTML5中引入的canvas元素来定义页面的绘图区域。若是没有WegGL，js只能在canvas上绘制二维图形。html

在这一章中，咱们将经过建立若干个示例程序，一步步的介绍一些核心的webgl函数。java

1.最短的webgl程序：清空绘图区

咱们要开始编写最短的webgl程序，这个程序的主要功能是使用背景色清空canvas标签的绘图区。（这里的清空，是指用背景色填充的意思）web

html代码以下；编程

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>webgl学习</title>
</head>

<body>
  <canvas id="canvas" width="400" height="400"></canvas>
  <script src="./index.js"></script>
</body>

</html>
复制代码

js代码以下:canvas

// 获取canvas
var canvas = document.getElementById('canvas')
// 获取webgl绘图上下文
var gl = canvas.getContext('webgl')

if (!gl) {
  console.log('Failed to get the rendering context')
}
// 指定清空canvas的颜色
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)

// 清空canvas
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT)

复制代码

示例程序的执行步骤以下：数组

获取canvas元素
获取webgl的绘图上下文
设置背景色
清空canvas

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2. 程序解析

2.1 获取canvas元素

咱们经过getElementById获取canvas元素bash

var canvas = document.getElementById('canvas')
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2.2 为webgl获取绘图上下文

这里传入的参数是‘webgl’而不是‘3d’。咱们之前使用canvas画2d图形的时候传入的是‘2d’。因此这里要注意下，不要传错了。编程语言

var gl = canvas.getContext('webgl')
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2.3 设置canvas的背景色

gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
复制代码

gl.clearColor采用RGBA的方式设置背景色：

gl.clearColor(red,green,blue,alpha)
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参数	含义
red	指定红色值（从0.0到1.0）
green	指定绿色值（从0.0到1.0）
blue	指定蓝色值（从0.0到1.0）
alpha	指定透明度（从0.0到1.0）
返回值	无
错误	无

若是任何值小于0或者大于1，那么就会被截断为0.0或者1.0

示例程序执行gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)，背景色就被指定为了黑色。

咱们通常指定颜色时，颜色的值是0到255之间的，可是因为webgl是继承自OpenGL，因此它遵循传统OpenGL颜色份量的取值范围。

一旦指定的背景色，背景色就会驻存在WegGL系统中，在下一次调用gl.clearColor以前都不会改变。若是你未来还想用同一个颜色清空绘图区，就没必需要再指定一次背景色。

2.4 清空canvas

gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
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函数参数是gl.COLOR_BUFFER_BIT,这是由于WebGL中，gl.clear()方法实际上继承自OpenGL，它基于多基本缓冲区模型。这比二维绘图上下文复杂的多。清空绘图区域，实际上在清空颜色缓冲区，传递参数gl.COLOR_BUFFER_BIT就是告诉WebGL清空颜色缓冲区。除了颜色缓冲区，WebGL还有其余种类的缓冲区，好比深度缓冲区和模板缓冲区。

gl.clear(buffer)的用法

buffer是指定待清空的颜色缓冲区，位操做符OR(|)可用于指定多个缓冲区

参数	含义
gl.COLOR_BUFFER_BIT	颜色缓冲区
gl.DEPTH_BUFFER_BIT	深度缓冲区
gl.STENCIL_BUFFER_BIT	指定模板缓冲区
返回值	无
错误	INVALID_VALUE 缓冲区不是以上三种类型

3. 绘制一个点

以前的章节，咱们学习如何创建一个wegl程序，以及如何使用一些简单的webgl函数。这一节咱们将进一步在一个示例程序中绘制一个最简单的图形，一个点。

注意这里的html比上一次的html多了一些script。这些script是一些工具函数，避免重复的写大量的代码。代码很简单，能够直接打开查看。这里就不解释了。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>webgl学习</title>
</head>

<body>
  <canvas id="canvas" width="400" height="400"></canvas>
  <!-- 引入几个webgl帮助函数，这里的代码很简单，你能够直接点击查看 -->
  <script src="https://mycode04-1252305175.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/webgl-lib/lib/webgl-utils.js"></script>
  <script src="https://mycode04-1252305175.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/webgl-lib/lib/webgl-debug.js"></script>
  <script src="https://mycode04-1252305175.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/webgl-lib/lib/cuon-utils.js"></script>
  <script src="./index.js"></script>
</body>

</html>
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javascript代码：

// 顶点着色器 注意这里的\n不能省略。不然不符合语法
var VSHADER_SOURCE = ` void main(){\n gl_Position = vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);\n gl_PointSize = 10.0;\n }\n `
// 片断（片元）着色器
var FSHADER_SOURCE = ` void main(){\n gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);\n }\n `

function main() {
  // 获取canvas
  var canvas = document.getElementById('canvas')
  // 获取webgl绘图上下文
  var gl = canvas.getContext('webgl')

  if (!gl) {
    console.log('Failed to get the rendering context')
    retun
  }

  // 初始化着色器函数
  if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
    console.log("设置着色器失败")
    return
  }

  // 指定清空canvas的颜色
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)

  // 清空canvas
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT)
  // 画一个点
  gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1)
}

window.onload = function () {
  main()
}
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3.1 着色器是什么？

要使用webgl进行绘图必须使用着色器，在代码中，着色器是以字符串的形式“嵌入”到js中的。

webgl的着色器分两种

顶点着色器:顶点着色器用来描述顶点的特性（如位置、颜色等）的程序，顶点是指二维或者三维空间的一个点，好比二维或者三维图形的端点和交点。
片元着色器：也叫片断着色器。负责进行逐片元处理过程如光照的程序。片元是webgl的一个术语。你能够理解它为像素。

在三维场景中，仅仅用线条和颜色把图形画出来是远远不够的，必需要考虑光照上去或者观察者视角发生变化时，对场景有什么影响。着色器能够高度灵活的完成这些工做。提供各类渲染效果。

上述程序执行流程：

先运行javascript程序
调用webgl的相关方法
执行顶点着色器
执行片元着色器
在颜色缓冲区进行绘制
清空绘图区
颜色缓冲区的内容自动在浏览器的canvas上显示出来

3.2 initShaders

initShaders(),该函数定义在cuon.util.js中，是专为本书编写的一个工具函数。其用法说明以下：

initShaders(gl,vshader,fshader)
参数	取值	含义
gl	vshader	指定顶点着色器程序代码
gl	fshader	指定片元着色器程序代码
返回值	true	初始化着色器成功
返回值	fase	初始化着色器失败

3.3 顶点着色器

var VSHADER_SOURCE = ` void main(){\n gl_Position = vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);\n gl_PointSize = 10.0;\n }\n `
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顶点着色器必须和c语言同样，必须包含一个main函数。main前面的void表示这个函数不会有返回值。

首先将顶点位置赋值给gl_Position变量。

在将顶点尺寸赋值给gl_PointSize。

这两个变量内置在顶点着色器中，有特殊的含义。以下：

类型和变量名	含义
vec4 gl_Position	表示顶点的位置
float gl_PointSize	表示顶点的尺寸

vec4 表示由4个浮点数组成的矢量。

注意：GLSL ES是一种强类型编程语言，比10是整型，10.0就是浮点数，传错类型就会报错。

gl_Position其类型为vec4，可是咱们只有3个浮点数（0.0,0.0,0.0）,既x、y、z坐标值。须要用某种方式把它转为vec4类型的变量。好在着色器为咱们提供了内置函数vec4(),帮助你建立vec4类型的变量。（原书中这一段有错误，已纠正）

在赋值gl_Position的矢量中，咱们添加了1.0做为第4个份量。由4个份量组成的矢量称为齐次坐标。，由于它可以提升处理三维数据的效率。因此被大量使用。虽然齐次坐标是四维的，可是若是最后一个份量为1.0，那么齐次坐标就能够表示“前三个份量为坐标值”的那个点。

3.4 片元着色器

片元着色器是用来设置颜色的，这里设置为红色。

var FSHADER_SOURCE = ` void main(){\n gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);\n }\n `
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gl_FragColor的用法以下：

类型和变量名	含义
vec4 gl_FragColor	指定片元颜色（RGBA格式）

3.5 绘制操做

咱们使用drawArrays()进行绘制。

gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1)
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gl.drawArrays(mode,first,count)

参数	含义
mode	指定绘制的方式，能够接受如下常量符号: gl.POINTS ,gl.LINES ,gl.LINE_STRIP ,gl.LINE_LOOP ,gl.TRIANGLES ,gl.TRIANGLE_STRIP ,gl.TRIANGLE_FAN
first	指定从哪一个点开始绘制
count	指定绘制多少个点
错误 INVALID_ENUM	传入的mode参数不是前述参数之一
错误 INVALID_VALUE	参数first或者count为负数

总结：以上咱们简单介绍了两个webgl程序，并初步认识了着色器。后续的章节咱们将学习webgl的坐标系统和更多着色器的相关知识。欲知后事如何，请动动你的手指，关注下我，我会继续带来webgl的分享，哈哈