[WebGL入门]十四，绘制多边形
注意：文章翻译http://wgld.org/。原作者杉本雅広(doxas)，文章中假设有我的额外说明，我会加上［lufy：］。另外，鄙人webgl研究还不够深入。一些专业词语，假设翻译有误，欢迎大家指正。
这是本次的demo的运行结果
绘制流程
这次终于该绘制多边形了，之前的文章（十一，着色器的编译和连接）中介绍了HTML，顶点着色器和片段着色器，这次看一下javascript从開始到终于的所有处理。
假设前两篇文章介绍的内容全然理解的话，这次的内容也应该不难了。也许会有不easy理解的地方，不要着急。
首先，我先贴出所有代码，然后在慢慢说明。
>script.js的所有代码
onload = function(){
// canvas对象获取
var c = document.getElementById('canvas');
c.width = 300;
c.height = 300;
// webgl的context获取
var gl = c.getContext('webgl') || c.getContext('experimental-webgl');
// 设定canvas初始化的颜色
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
// 设定canvas初始化时候的深度
gl.clearDepth(1.0);
// canvas的初始化
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
// 顶点着色器和片段着色器的生成
var v_shader = create_shader('vs');
var f_shader = create_shader('fs');
// 程序对象的生成和连接
var prg = create_program(v_shader, f_shader);
// attributeLocation的获取
var attLocation = gl.getAttribLocation(prg, 'position');
// attribute的元素数量(这次仅仅使用 xyz ，所以是3)
var attStride = 3;
// 模型（顶点）数据
var vertex_position = [
0.0, 1.0, 0.0,
1.0, 0.0, 0.0,
-1.0, 0.0, 0.0
];
// 生成VBO
var vbo = create_vbo(vertex_position);
// 绑定VBO
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);
// 设定attribute属性有効
gl.enableVertexAttribArray(attLocation);
// 加入attribute属性
gl.vertexAttribPointer(attLocation, attStride, gl.FLOAT, false, 0, 0);
// 使用minMatrix.js对矩阵的相关处理
// matIV对象生成
var m = new matIV();
// 各种矩阵的生成和初始化
var mMatrix = m.identity(m.create());
var vMatrix = m.identity(m.create());
var pMatrix = m.identity(m.create());
var mvpMatrix = m.identity(m.create());
// 视图变换坐标矩阵
m.lookAt([0.0, 1.0, 3.0], [0, 0, 0], [0, 1, 0], vMatrix);
// 投影坐标变换矩阵
m.perspective(90, c.width / c.height, 0.1, 100, pMatrix);
// 各矩阵想成。得到终于的坐标变换矩阵
m.multiply(pMatrix, vMatrix, mvpMatrix);
m.multiply(mvpMatrix, mMatrix, mvpMatrix);
// uniformLocation的获取
var uniLocation = gl.getUniformLocation(prg, 'mvpMatrix');
// 向uniformLocation中传入坐标变换矩阵
gl.uniformMatrix4fv(uniLocation, false, mvpMatrix);
// 绘制模型
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
// context的刷新
gl.flush();
// 生成着色器的函数
function create_shader(id){
// 用来保存着色器的变量
var shader;
// 依据id从HTML中获取指定的script标签
var scriptElement = document.getElementById(id);
// 假设指定的script标签不存在，则返回
if(!scriptElement){return;}
// 推断script标签的type属性
switch(scriptElement.type){
// 顶点着色器的时候
case 'x-shader/x-vertex':
shader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
break;
// 片段着色器的时候
case 'x-shader/x-fragment':
shader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
break;
default :
return;
}
// 将标签中的代码分配给生成的着色器
gl.shaderSource(shader, scriptElement.text);
// 编译着色器
gl.compileShader(shader);
// 推断一下着色器是否编译成功
if(gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)){
// 编译成功，则返回着色器
return shader;
}else{
// 编译失败，弹出错误消息
alert(gl.getShaderInfoLog(shader));
}
}
// 程序对象的生成和着色器连接的函数
function create_program(vs, fs){
// 程序对象的生成
var program = gl.createProgram();
// 向程序对象里分配着色器
gl.attachShader(program, vs);
gl.attachShader(program, fs);
// 将着色器连接
gl.linkProgram(program);
// 推断着色器的连接是否成功
if(gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)){
// 成功的话，将程序对象设置为有效
gl.useProgram(program);
// 返回程序对象
return program;
}else{
// 假设失败，弹出错误信息
alert(gl.getProgramInfoLog(program));
}
}
// 生成VBO的函数
function create_vbo(data){
// 生成缓存对象
var vbo = gl.createBuffer();
// 绑定缓存
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);
// 向缓存中写入数据
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(data), gl.STATIC_DRAW);
// 将绑定的缓存设为无效
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
// 返回生成的VBO
return vbo;
}
};初始化处理
那么，从上到下按顺序来看一下吧。
首先，前提是在页面载入的同一时候运行script.js中的所有代码。所以。将代码全都写进了onload函数中。
之后，获取canvas对象開始处理。
>canvas的获取和初始化例如以下
// canvas对象获取
var c = document.getElementById('canvas');
c.width = 300;
c.height = 300;
// webgl的context获取
var gl = c.getContext('webgl') || c.getContext('experimental-webgl');
// 设定canvas初始化的颜色
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
// 设定canvas初始化时候的深度
gl.clearDepth(1.0);
// canvas的初始化
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);最先開始做的是获取canvas对象，并设定canvas的大小为宽300px，高300px。然后获取WebGL的context，以及设定清除画面所使用的颜色。接着是设定清除的深度。使用clearDepth函数能够设定清除画面的时候的深度，曾经的样例中仅仅是对颜色进行了初始化，所以仅仅使用了clearColor函数，事实上处理三维空间的时候，深度相关的情报也须要清除，所以就用到了clearDepth函数。
相同。clear函数中的參数也做了对应的变化，不光是颜色，还包括深度。所以添加了gl.DEPTH_BUFFER_BIT常量。
着色器和程序对象的生成
生成顶点着色器和片段着色器。并使用程序对象进行连接。在曾经的文章（着色器的编译和连接）中进行过具体的说明。能够參考一下。
>着色器和程序对象相关的处理
// 顶点着色器和片段着色器的生成
var v_shader = create_shader('vs');
var f_shader = create_shader('fs');
// 程序对象的生成和连接
var prg = create_program(v_shader, f_shader);
// attributeLocation的获取
var attLocation = gl.getAttribLocation(prg, 'position');
// attribute的元素数量(这次仅仅使用 xyz ，所以是3)
var attStride = 3;注意这里出现的函数。并非WebGL中内置的函数，而是自己写的。具体点就是说create_shader和create_program都是自己写的函数。
create_shader函数的參数是HTML中的id字符串，从script标签中获取到着色器代码，生成着色器对象并返回。
上面的样例中。是依据id是vs和fs的这两个script标签中的内容。来生成顶点着色器和片段着色器。
着色器生成后，作为參数传给create_program函数，返回值就是程序对象，然后用变量保存起来。在create_program函数中，生成程序对象，并将着色器进行连接。
接着。定义了两个变量，attLocation和attStride，用来保存在后面向顶点着色器中传入数据时的必要的内容。
话说回来，看一下曾经的文章中的代码中是怎样使用生成的着色器的。然后就明确为什么要定义这两个变量了吧。
>使用顶点着色器的代码
attribute vec3 position;
uniform mat4 mvpMatrix;
void main(void){
gl_Position = mvpMatrix * vec4(position, 1.0);
}这次使用着色器的时候。仅仅使用了一个attribute变量，当然就是position了，这个position变量定义成了vec3。说明是拥有3各元素的向量。
这里的重点就是［利用一个叫做position的attribute变量］和［这个变量是vec3类型］这两点内容。
事实上利用attribute变量向着色器中传递数据的时候，必要的两个情报是这个数据是第几个attribute变量，以及这个变量由几个元素组成的。
也就是说。变量attLocation是为了保存这个数据是第几个，变量attStride是为了保存这个数据是由几个元素组成的。
WebGL的context中的getAttribLocation函数的两个參数，第一个參数是程序对象。第二个參数是想要获取的attribute变量的变量名。返回值是数值型，就是向顶点着色器传递数据时的序号。就是告诉我们是第几个变量。这个数值后面会使用到。
变量attStride表示顶点着色器中的attribute变量position是一个有三个元素的vec3类型的变量。这个后面也会用到。
顶点缓存的生成和通知
继续吧，接着是定义模型数据。并生成VBO，然后为了将VBO传给顶点着色器，进行绑定并传入数据。
>VBO生成的相关处理
// 模型（顶点）数据
var vertex_position = [
0.0, 1.0, 0.0,
1.0, 0.0, 0.0,
-1.0, 0.0, 0.0
];
// 生成VBO
var vbo = create_vbo(vertex_position);
// 绑定VBO
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);
// 设定attribute属性有効
gl.enableVertexAttribArray(attLocation);
// 加入attribute属性
gl.vertexAttribPointer(attLocation, attStride, gl.FLOAT, false, 0, 0);曾经的文章（十二。模型数据和顶点属性）中也有过具体说明。将顶点数据定义为简单的数组，然后依据这个数组数据。用自己定义函数create_vbo来生成顶点缓存（VBO）。
为了将顶点缓存和顶点着色器中的attribute变量联系起来，首先要向WebGL中绑定VBO。然后使用刚才获取到的attribute属性的序号。将这个attribute属性设定为有效。使用WebGL的函数enableVertexAttribArray能够让指定属性变为有效。
接着。使用WebGL函数vertexAttribPointer向着色器中写入数据。
刚才定义的两个变量attLocation和attStride。在这里也用到了。
vertexAttribPointer函数的第一个參数是attribute变量的序号，第二个參数是元素数。第三个參数是指定了数据类型的内置常量。gl.FLOAT是一个表示浮点型的常量。第四～第六各參数基本上是不怎么变的，依据内存有时候会传入其它的内容。
须要注意的是，运行vertexAttribPointer的时候。VBO对象必须先进行绑定。哪个VBO以及和它关联的attribute属性是必须的，所以不要忘了先将VBO跟WebGL进行绑定。
坐标变换矩阵的生成和通知
接着，是准备渲染用的坐标变换矩阵。这里使用了本站点制作的矩阵计算的库minMatrix.js。minMatrix.js的主要的用法在上一篇文章中（minMatrix.js和坐标变换矩阵）已经介绍过了。
>坐标变换矩阵的生成以及相关的处理
// 使用minMatrix.js对矩阵的相关处理
// matIV对象生成
var m = new matIV();
// 各种矩阵的生成和初始化
var mMatrix = m.identity(m.create());
var vMatrix = m.identity(m.create());
var pMatrix = m.identity(m.create());
var mvpMatrix = m.identity(m.create());
// 视图变换坐标矩阵
m.lookAt([0.0, 1.0, 3.0], [0, 0, 0], [0, 1, 0], vMatrix);
// 投影坐标变换矩阵
m.perspective(90, c.width / c.height, 0.1, 100, pMatrix);
// 各矩阵想成，得到终于的坐标变换矩阵
m.multiply(pMatrix, vMatrix, mvpMatrix);
m.multiply(mvpMatrix, mMatrix, mvpMatrix);
// uniformLocation的获取
var uniLocation = gl.getUniformLocation(prg, 'mvpMatrix');
// 向uniformLocation中传入坐标变换矩阵
gl.uniformMatrix4fv(uniLocation, false, mvpMatrix);这次，模型变换矩阵初始化之后没有做不论什么处理就直接使用了，当然，并非说不能操作模型变换矩阵，如今就先这么使用了。视图变换矩阵使用minMatrix.js中定义的matIV.lookAt函数能够生成。向上面这样。是将三维空间中的镜头放在了从原点開始向上移动1.0。向后移动3.0的地方，原点是參考点，镜头的方向指向Y轴方向。
投影变换矩阵是使用matIV.perspective生成的，视角是90度。屏幕比例为canvas的大小比例，然后分别指定了近截面和远截面。
然后将模型。视图，投影的各个变换矩阵相乘，得到终于的坐标变换矩阵mvpMatrix，然后通知WebGL就能够了。
向WebGL中传入uniform变量的时候，和attribute变量一样，首先获取变量的序号。使用WebGL的getUniformLocation函数，传入程序对象和变量的名字。就能够得到uniform变量的序号了。
得到了序号之后，向顶点着色器中传递数据。这时候使用WebGL的uniformMatrix4fv函数，第一个參数是uniform变量的序号，第二个參数是矩阵是否进行转置（true的话，有时候程序会崩溃），第三个參数是实际的坐标变换矩阵。
>>uniform系列函数相关
这次出现的uniformMatrix4fv仅仅是uniform系列函数的一个。uniform系列函数有非常多种，主要分为下面几大类。
uniform 系列
uniform系列有uniform1 ～ uniform4，分别在向顶点着色器中传入一个到四各元素时使用。依据传给顶点着色器的数据的类型为整型或者浮点型，数字的后面会加上i(int)或者f(float)等小写字母。比方。传给着色器的数据是有两个元素的浮点型数据的时候，使用uniform2f。
演示样例 ： gl.uniform2f(uniformLocation, date1, data2);
uniform v 系列
这一系列。基本上和上面的uniform系列没有太大区别，传入的数据是数组的时候使用。
和uniform系列一样，有1 ～ 4、数据类型也是在后面加入i或者f。
演示样例 : gl.uniform3iv(uniformLocation, Array);
uniformMatrix 系列
看名字就应该知道了。这个系列是在矩阵的时候使用。
当然，矩阵不可能出现1，所以仅仅有2 ～ 4。并且，矩阵中基本上仅仅使用浮点型小数、所以，数据类型也不存在i。数据就是以使用数组为前提的。所以后面加不加v都是没有区别的。
演示样例 : gl.uniformMatrix4fv(uniformLocation, false, Matrix);
模型的绘制和context的刷新
着色器，顶点数据，坐标变换矩阵等，各种准备工作都完工了，终于该写绘制命令了。
>绘制命令和刷新
// 绘制模型 gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3); // context的刷新 gl.flush();运行WebGL的drawArrays函数的话，模型就被绘制到了缓存中了，这里之所以说是［缓存中］，是由于当运行drawArrays函数的时候，还没有把多边形绘制到画面上。
要想把模型绘制到画面上，必须运行WebGL的flush函数，这样才干把结果反映到画面上。
这里出现的drawArrays函数，第一个參数是指定怎样使用顶点进行画图的一个常量，第二个參数是从第几个顶点開始使用，第三个參数是绘制几个顶点。
这一次，使用的是gl.TRAIANGLES，所以顶点被当成了纯粹的三角形多边形。利用三个顶点进行了绘制。
总结
这次的文章有点太长了，贴出的代码量有点多。可能有人会吃了一惊吧。
事实上这次的代码绘制的仅仅是一个简单的三角形。仅仅是这样。却写了这么长的代码，所以才说3D开发是比較难的。
可是。个人觉得，即使这样。和DirectX相比較的话，已经相当简单，简练了。
单从开发环境上来说。不须要特别的开发环境，WebGL这一点已经非常轻松了吧。理解了本次的内容的话，仅仅须要略微慢慢的调整一下。就能够实现非常多效果。这以后的内容，都是以这次的内容为基础的，所以必须要好好的理解一下。
本文章最后，给出本文demo的链接，假设浏览器支持的话。直接看demo比較直观吧。
那么。下次给多边形进行着色，敬请期待。
渲染三角形的demo
