webgl初章：进入3D世界

终于要进入到webgl的世界了。还真是有点小激动。在之前的文章里，跟大家详细分享了下 canvas 的相关内容。下面会有这几篇文章的链接，有兴趣的小伙伴可以自行查阅。

准备好了吗？接下来让我们开启奇幻旅程，进入 3D 的世界。

1. 认识`3D`

首先我们要介绍的是几个概念，这是我们要进入到 3D 不可或缺的内容。认识一下它们吧。

1.1 视点，视线，目标点，上方向

这几个概念在webgl中属于最常见的内容。

视点：可以简易的理解为眼睛，也叫观察点
目标点：可以理解为我们要看的物体（任何物体）
上方向：头顶的方向。

实际生活中，我们的目光总是以我们的眼睛为起始点，到达我们想要看到的物体，同时，我们观察的角度不同，物体也会呈现不一样的形态。以一张图说明吧。

如此几个内容，创建出了3D世界的基本显示模型，由此可见其重要程度。后面我们也会说到如何在 webgl 中设定这几个内容。也会有的小伙伴把视点称为相机，目标点称为画布。其实是一样的道理。按照自己的理解记忆就好。

1.2 可视范围

可视范围指的是我们所能看到的最大范围。如：一般情况下我们看不到自己身后的事物。

众所周知，三维物体具有深度的概念。在我们的理解中，深度就是 z 轴。

虽然我们可以将物体放置在三维空间中的任何位置，但是在webgl中，可视范围之外的物体是不被绘制的，这也是为了节省开销。

1.3 可视空间

水平视角、垂直视角、可视深度 定义了可视空间的概念。

可视空间分为两种。

正射投影：与物体的远近无关，通常用在建筑设计和建模上。

透视投影：我们平时观察的真实世界都是透视投影。更有深度的感觉。

1.3 着色器

如果想渲染 3d 图形，就需要经过一系列的步骤，这些步骤称为渲染管线。在开发 webgl 程序时，我们就需要通过着色器语言跟GPU进行沟通，用来设定我们需要渲染和显示的图形。

由此可见：着色器是编写webgl时最重要的一点（没有之一）。我们之所以能生成并操作3d图像，都是因为着色器在起作用。webgl中着色器分为两种。顶点着色器和片元着色器。

1.3.1 顶点着色器

这里的顶点代表的是组成物体的每一个点。

顶点着色器的功能主要是将位置数据经过矩阵变换、计算光照之后生成顶点颜色、变换纹理坐标。并将生成的数据输出到片元着色器。

1.3.2 片元着色器

片元着色器的作用是将光栅化阶段生成的每个片元，计算出每个片元的最终元素。

注：

由于着色器内容比较重要，这里我们先引入这两个概念，先简单理解就可以，后面专门对着色器进行分享。

2. 绘制图形

2.1 获取绘图上下文

了解了第一小节的内容之后，我们开始进入到webgl开发实战中。

还记得canvas中第一步需要干什么吗？

没错，需要获取 canvas 元素和绘图上下文。webgl 开发也不例外，也需要首先获取元素和绘图上下文。形如下方代码所示：

// <canvas id="canvas"></canvas>  canvas的dom结构

// 获取canvas元素
const ctx = document.getElementById('canvas') 

// 获取绘图上下文
const gl = ctx.getContext('webgl')

2.2 初始化着色器

1. 编写着色器代码

获取到绘图上下文之后，我们需要初始化webgl 的着色器了，着色器代码是以字符串的形式嵌入到渲染程序中，所以我们需要编写两个着色器的字符串。

// 顶点着色器
const VERTEX_SHADER = '' +
      'void main(){' +
      ' gl_Position = vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);' +
      ' gl_PointSize = 15.0;' +
      '}' +
      ''
// 片元着色器
const FRAGMENT_SHADER = '' +
      'void main() {' +
      ' gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);' +
      '}' +
      ''

两个着色器代码都是以字符串的形式存在，并在执行渲染时嵌入到渲染流程内。

说明：

void main() {}: 创建一个主函数。
gl_Position: 指定绘制的坐标，接收一个拥有4个浮点分量的vec4数据。分别代表 x,y,z,w数据
gl_PointSize: 表示要绘制图形的尺寸大小。
gl_FragColor: 定义图形颜色，1.0 0.0 0.0 1.0 分别代表r g b a

2. 创建着色器

当然，只是编写完着色器代码依然不能完成渲染工作，接下来我们就需要将着色器添加到渲染流程内

// 首先创建顶点和片元着色器

// 创建顶点着色器
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);

// 创建片元着色器
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);

3. 着色器编译

完成上述两步之后，我们就需要将着色器代码添加到着色器中。看下例子。

// 将顶点着色器代码添加到顶点着色器中
gl.shaderSource(vertexShader, VERTEX_SHADER);

// 将片元着色器代码添加到片元着色器中
gl.shaderSource(fragmentShader, FRAGMENT_SHADER);

// 添加完成后，需要编译着色器
gl.compileShader(vertexShader);
gl.compileShader(fragmentShader);

4. 创建 program

完成编译之后，我们需要将着色器添加到渲染程序中。

const program = gl.createProgram();

// 将着色器添加到程序中
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);

// 关联program
gl.linkProgram(program);

// 使用program
gl.useProgram(program);

5. 绘制图形

完成上述步骤之后，就可以绘制我们的图形了。这里我们以一个点为例。在画布上绘制一个点出来。

gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);

此时就可以打开页面，看到我们绘制的这个点了。

总结代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>webgl初章：进入3D世界</title>
</head>
<body>

<canvas id="canvas"></canvas>

<script>
  const ctx = document.getElementById('canvas');

  const gl = ctx.getContext('webgl');

  // 顶点着色器
  const VERTEX_SHADER = '' +
    'void main(){' +
    ' gl_Position = vec4(0.0,0.0,0.0,1.0);' +
    ' gl_PointSize = 15.0;' +
    '}' +
    ''

  // 顶点着色器
  const FRAGMENT_SHADER = '' +
    'void main() {' +
    ' gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);' +
    '}' +
    ''

  // 创建顶点和片元着色器
  const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
  const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);

  // 将顶点着色器代码添加到顶点着色器中
  gl.shaderSource(vertexShader, VERTEX_SHADER);

  // 将片元着色器代码添加到片元着色器中
  gl.shaderSource(fragmentShader, FRAGMENT_SHADER);

  // 添加完成后，需要编译着色器
  gl.compileShader(vertexShader);
  gl.compileShader(fragmentShader);

  const program = gl.createProgram();

  // 将着色器添加到程序中
  gl.attachShader(program, vertexShader);
  gl.attachShader(program, fragmentShader);

  // 关联program
  gl.linkProgram(program);
  // 使用program
  gl.useProgram(program);

  // 绘制一个点
  gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);

</script>
</body>
</html>

由于是初章，内容会比较少。今天的内容就先分享到这里，Bye~

posted @ 2020-12-25 14:27 Sunmus 阅读(116) 评论(0) 编辑收藏举报

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