四、绘制一个点
上次我们介绍了如何在<canvas>中使用WebGL，以及几个基础的WebGL函数；实现了背景色的重置；为了扩展方便，我们把上次的代码做了些改动，将绘制图形的js独立成文件，这样我们只关注与这个js文件的编写；以后除非HTML文件发生变化，我们就跳过它，直接讨论JavaScript代码。
1 <!doctype html>
2 <html>
3 <head>
4 <meta charset="UTF-8">
5 <meta name="Generator" content="EditPlus®">
6 <meta name="Author" content="Mirror">
7 <meta name="Keywords" content="">
8 <meta name="Description" content="">
9 <title>Hello Point</title>
10 <!--《WebGL编程指南》的作者为读者编写的WebGL辅助函数-->
11 <script src="lib/webgl-utils.js"></script>
12 <script src="lib/webgl-debug.js"></script>
13 <script src="lib/cuon-utils.js"></script>
14 <!--JavaScript文件，在<canvas>中绘制图形-->
15 <script src="lib/hello-point.js"></script>
16 </head>
17 <body onload="main()">
18 <!--定义<canvas>标签，通过width属性和height属性规定它是一片400×400的绘制区域-->
19 <canvas id="myCanvas" width="400" height="400">
20 <!--当浏览器不支持时，会直接忽略<canvas>标签，而直接显示下面这一行提示-->
21 Please use the browser supporting "canvas".
22 </canvas>
23 </body>
24 </html>
接下来，我们在此基础上，绘制一个位于原点（0.0，0.0，0.0）处的10个像素大的红色的点。因为使用的是三维图形上下文，所以指定这个点时需要使用三维坐标。坐标系统后面介绍，这里只需要理解为原点位于<canvas>中心位置。效果如如下：
实际上，我们使用矩形而不是圆来绘制一个点，因为绘制矩形比绘制圆更快；就像在前一次中我们以RGBA的形式指定了背景色一样，这里也需要同样的处理；在前面，我们使用2d上下文来绘制了一个矩形；先指定了绘图颜色，然后进行绘制。你可能认为WebGL也差不多，不幸的是，没那么简单。WebGL依赖于一种新的称为着色器的绘图机制。着色器提供了灵活且强大的绘制二维或三维图形的方法，所有WebGL必须使用它。正因为强大，所以更复杂。
要使用WebGL绘图，必须使用着色器，哪怕是一个点（矩形）；着色器程序是以字符串的形式“嵌入”在JavaScript文件中，并且在程序开始运行前就已经设置好了。WebGL需要使用两种着色器：顶点着色器、片源着色器；下面分别介绍：
顶点着色器：顶点着色器是用来描述顶点特性（如位置、颜色等）的程序。顶点是指二维或三维空间中的一个点，比如二维或三维图形的端点或交点。
片元着色器：进行逐片元处理过程（如光源）的程序。片元是一个WebGL术语，你可以将其理解为像素（图像的单元）。
在后续，我们会详细的学习着色器。简单的说，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。你必须考虑如光线照上去后，或者观察者的视角发生变化时，对场景会有什么影响。着色器可以高度灵活的完成这些工作；提供各种渲染效果。这也就是现在制作的三维场景如此逼真的原因。
上图显示了WebGL系统的执行流程；左侧为浏览器，首先执行JavaScript程序，调用了WebGL的相关方法，然后顶点着色器和片元着色器就会执行，顶点着色器指定绘制图形的位置和尺寸；片元着色器则指定绘制图形的颜色；然后在颜色缓冲区内进行绘制，这时就清空了绘图区，最后，颜色缓冲区中的内容就自动在浏览器的<canvas>标签上显示出来。
回到我们今天的目标来，下面显示了hello-point.js的代码。
1 //顶点着色器程序 2 var VSHADER_SOURCE = 3 "void main() { \n" + 4 //设置坐标 5 "gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); \n" + 6 //设置尺寸 7 "gl_PointSize = 10.0; \n" + 8 "} \n"; 9 10 //片元着色器 11 var FSHADER_SOURCE = 12 "void main() {\n" + 13 //设置颜色 14 "gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n" + 15 "}\n"; 16 17 function main() { 18 //获取<canvas>标签。 19 var canvas = document.getElementById("myCanvas"); 20 //获取WebGL绘图上下文。 21 var gl = getWebGLContext(canvas); 22 //如果浏览器不支持WebGL则提示错误。 23 if (!gl) { 24 console.log("Failed to get the rendering context for WebGL."); 25 return; 26 } 27 28 //初始化着色器 29 if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) { 30 console.log("Faile to initialize shaders."); 31 return; 32 } 33 34 //设置<canvas>的背景色 35 gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); 36 37 //清空<canvas> 38 gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); 39 40 //绘制一个点 41 gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1); 42 43 }
这个文件包含三个部分，顶点着色器程序（GLSL ES 语言），片元着色器程序（GLSL ES 语言）和主程序（JavaScript语言）。着色器程序代码必须预先处理成单个字符串的形式，所以我们用+号将多行字符串连成一个长字符串。每一行以\n结束，这是由于当着色器内部出错时，就能获取出错的行号，这对于检查源代码中的错误很有帮助；但是，\n并不是必须的。为了更容易维护，也可以把着色器代码写到单独的文件中（就像javaScript文件一样），然后通过javaScript程序从文件中读取出来加载。
根据程序流程，加载页面----->执行main()函数----->获取<canvas>标签----->获取绘图上下文；到这里，都跟之前的流程一样；接下来，会执行名为initShaders()的函数。这个函数是《WebGL编程指南》的作者专门写的一个辅助函数；该函数被定义在cuon.util.js中。这个函数的作用是对字符串形式的着色器进行初始化。我们来看下这个函数的具体参数定义：
Web系统由两部分组成，即顶点着色器和片元着色器。在初始化着色器之前，顶点着色器和片元着色器都是空白的，我们需要将字符串形式的着色器代码从JavaScript传给WebGL系统，并建立着色器，这就是initShaders()函数要做的事情。着色器运行在WebGL系统中，而不是JavaScript程序中。
initShaders()函数执行成功后，着色器被创建好了并随时可以使用，顶点着色器将被首先执行，它对gl_Position变量和gl_PointSize变量进行赋值，并将它们传入片元着色器，然后片元着色器再执行。实际上，片元着色器接收到的是经过光栅化（将几何图形变为二维图像的过程）处理后的片元值；现在可以简单认为这两个变量从顶点着色器传入了片源着色器。
下面，我们来看看着色器如何画出一个点（矩形），前面提到，我们需要三个信息来画出这个点：位置，尺寸和颜色。位置和尺寸在顶点着色器中指定，和C语言一样，着色器程序必须包含一个main()函数。main()前面的关键字void表示这个函数不会有返回值；而且也不能为main()函数指定参数。着色器程序使用 = 操作符为变量赋值。gl_Position和gl_pointSize这两个变量内置在顶点着色器中，而且有着特殊的含义：前者表示顶点的位置，后者表示点的尺寸。gl_Position必须被赋值，否则着色器就无法正常工作；gl_PointSize并不是必须的，如果不赋值，着色器会为其取默认值1.0。
和JavaScript不同，GLSL ES是一种强类型语言，也就是说，开发者需要明确指出某个变量是某种类型；类似于Java和C、C#等。在这个程序中，出现了两种数据类型，float：表示浮点数；vec4：表示由4个浮点数组成的矢量（也称作向量）。而且着色器语言没有类似Java、C#语言的类型隐式转换的功能，所以这样写：gl_PointSize = 10;就会导致错误；因为gl_PointSize 需要一个float类型的值，而10是整型。另一个内置变量gl_Position的类型为vec4，但是三维坐标只有3个数，即X,Y和Z轴的坐标值，这就需要某种方法将其转化为vec4类型的变量。着色器提供了内置函数vec4()可以完成这个事情。就如我们代码中那样使用：gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); 前3个分量对应X,Y,Z轴坐标值，那第4个分量1.0是怎么来的呢。由4个分量表示的坐标被称为齐次坐标，因为它能够提高处理三维数据的效率，所以在三维图形系统中被大量使用。当第4个分量为1.0时，这个齐次坐标就可以表示“前三个分量为坐标值”的点。
如前所述，片元可以看成是显示在屏幕上的像素。片元着色器和顶点着色器一样，也有一个main()函数。片元着色器将点的颜色赋值给gl_FragColor,该变量是片元着色器唯一的内置变量，它控制着像素在屏幕上的最终颜色。对这个内置变量赋值后，相应的像素就会以这个颜色值显示。和顶点着色器中顶点位置一样。颜色值也是vec4类型的，分别表示RGBA的4个分量。
建立了着色器后，我们开始进行绘制操作，我们使用gl.DrawArray()函数进行绘制。这个函数的功能非常强大，可以用来绘制各种图形，具体参数说明如下：
因为我们绘制的是单独的点，所以设置第1个参数为gl.POINTS；设置第2个参数为0，表示从第1个顶点（虽然只有一个顶点）开始画起的，第3个参数为1，表示这个程序仅仅只画了1个点。当程序调用gl.DrawArray()函数时，顶点着色器将被执行count次，每次处理一个顶点，这时候顶点着色器开始执行内部的main()函数，然后设置位置和尺寸；执行完成后，片元着色器开始执行其main()函数，设置颜色；最后，一个红色的10个像素大的点就被绘制在了(0.0,0.0,0.0,1.0)处，也就是绘制区域的中心位置。
现在，我们对顶点着色器和片元着色器的工作服方式有了大致的了解，只是有个问题，为何(0.0,0.0,0.0,1.0)会绘制到了<canvas>的中心位置？下次我们介绍坐标系统会解开这个谜题。
