webgl入门

2024-03-18 19:06:22

1-刷底色的基本步骤

1.在html中建立canvas 画布

2.在js中获取canvas画布

const canvas=document.getElementById('canvas’);

3.使用canvas 获取webgl 绘图上下文

const gl=canvas.getContext('webgl’);

4.指定将要用来清空绘图区的颜色

gl.clearColor(0,0,0,1);

5.使用之前指定的颜色，清空绘图区

gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

整体代码

<canvas id="canvas"></canvas><script>
    const canvas=document.getElementById('canvas');
    canvas.width=window.innerWidth;
    canvas.height=window.innerHeight;    const gl=canvas.getContext('webgl');
    gl.clearColor(0,0,0,1);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);</script>

clearColor(r,g,b,a) 中的参数是红、绿、蓝、透明度，其定义域是[0,1]

2-灵活操作webgl中的颜色

css 中有一个“rgba(255,255,255,1)” 颜色，其中r、g、b的定义域是[0,255]，这里要和webgl里的颜色区分一下。

我们可以简单了解一下将css颜色解析为webgl 颜色的原理：

const rgbaCSS = "rgba(255,0,0,1)";const reg = RegExp(/\((.*)\)/);const rgbaStr = reg.exec(rgbaCSS)[1];const rgb = rgbaStr.split(",").map((ele) => parseInt(ele));const r = rgb[0] / 255;const g = rgb[1] / 255;const b = rgb[2] / 255;const a = rgb[3];

gl.clearColor(r, g, b, a);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

在three.js 里有一个非常完美的颜色对象-Color，我们通过这个对象可以轻松的控制颜色。

案例-多姿多彩的画布

1.引入Color 对象

import { Color } from "https://unpkg.com/three/build/three.module.js";

我这是通过CDN 引入的，这种方法不适用于nodejs，因为nodejs 无法直接通过网络路径请求资源。

2.实例化Color 对象

const color = new Color(1, 0, 0);

3.建立色相偏移动画

!(function ani() {
    color.offsetHSL(0.005, 0, 0);
    gl.clearColor(color.r, color.g, color.b, 1);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
    requestAnimationFrame(ani);
})();

关于颜色的操作我们就说到这，Color 对象还有很多其它方法，可以在threejs官网查看。

3-webgl 的绘图步骤

1.在html中建立canvas 画布

2.在js中获取canvas画布

const canvas=document.getElementById('canvas');

3.使用canvas 获取webgl 绘图上下文

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

4.在script中建立顶点着色器和片元着色器，glsl es

//顶点着色器<script id="vertexShader" type="x-shader/x-vertex">
    void main() {
        gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
        gl_PointSize = 100.0;
    }</script>//片元着色器<script id="fragmentShader" type="x-shader/x-fragment">
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
    }</script>

5.在js中获取顶点着色器和片元着色器的文本

const vsSource = document.getElementById('vertexShader').innerText;const fsSource = document.getElementById('fragmentShader').innerText;

6.初始化着色器

initShaders(gl, vsSource, fsSource);

7.指定将要用来清空绘图区的颜色

gl.clearColor(0,0,0,1);

8.使用之前指定的颜色，清空绘图区

gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

9.绘制顶点

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

整体代码

<canvas id="canvas"></canvas><script id="vertexShader" type="x-shader/x-vertex">
    void main() {
        gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
        gl_PointSize = 100.0;
    }</script><script id="fragmentShader" type="x-shader/x-fragment">
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
    }</script><script>
    // canvas 画布
    const canvas = document.getElementById('canvas');
    canvas.width=window.innerWidth;
    canvas.height=window.innerHeight;    // webgl画笔
    const gl = canvas.getContext('webgl');    // 顶点着色器
    const vsSource = document.getElementById('vertexShader').innerText;    // 片元着色器
    const fsSource = document.getElementById('fragmentShader').innerText;    // 初始化着色器
    initShaders(gl, vsSource, fsSource);    // 指定将要用来清理绘图区的颜色
    gl.clearColor(0., 0.0, 0.0, 1.0);    // 清理绘图区
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);    // 绘制顶点
    gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);    function initShaders(gl,vsSource,fsSource){        //创建程序对象
        const program = gl.createProgram();        //建立着色对象
        const vertexShader = loadShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vsSource);        const fragmentShader = loadShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fsSource);        //把顶点着色对象装进程序对象中
        gl.attachShader(program, vertexShader);        //把片元着色对象装进程序对象中
        gl.attachShader(program, fragmentShader);        //连接webgl上下文对象和程序对象
        gl.linkProgram(program);        //启动程序对象
        gl.useProgram(program);        //将程序对象挂到上下文对象上
        gl.program = program;        return true;
    }    function loadShader(gl, type, source) {        //根据着色类型，建立着色器对象
        const shader = gl.createShader(type);        //将着色器源文件传入着色器对象中
        gl.shaderSource(shader, source);        //编译着色器对象
        gl.compileShader(shader);        //返回着色器对象
        return shader;
    }</script>

对于上面的步骤1、2、3，大家应该都比较好理解，接下来咱们详细说一下第4 步，在script 里用GLSL ES语言写着色器。

5-着色器

5-1-着色器的概念

webgl 绘图需要两种着色器：

顶点着色器（Vertex shader）：描述顶点的特征，如位置、颜色等。
片元着色器（Fragment shader）：进行逐片元处理，如光照。

看了这两个名词的解释，我想很多初学者会是懵的。

我给大家翻译翻译：

补间动画大家知道不？顶点着色器里的顶点就是补间动画里的关键帧，片元着色器里的片元就是关键帧之间以某种算法算出的插值。当然，咱们webgl里的片元是像素的意思。

再给大家举一个更简单、更贴切的例子：

两点决定一条直线大家知道不？顶点着色器里的顶点就是决定这一条直线的两个点，片元着色器里的片元就是把直线画到画布上后，这两个点之间构成直线的每个像素。

关于概念咱们就说到这，接下来咱们说着色器语言。

5-2-着色器语言

webgl 的着色器语言是GLSL ES语言

顶点着色程序，要写在type=“x-shader/x-vertex” 的script中。

片元着色程序，要写在type=“x-shader/x-fragment” 的script中。

void main() {…… } 是主体函数。

在顶点着色器中，gl_Position 是顶点的位置，gl_PointSize 是顶点的尺寸，这种名称都是固定的，不能写成别的。

在片元着色器中，gl_FragColor 是片元的颜色。

vec4() 是一个4维矢量对象。

将vec4() 赋值给顶点点位gl_Position 的时候，其中的前三个参数是x、y、z，第4个参数默认1.0，其含义我们后面会详解；

将vec4() 赋值给片元颜色gl_FragColor 的时候，其中的参数是r,g,b,a。

至于GLSL ES语言的其它知识，咱们会在后面另开一篇详解，这里先以入门为主。

在第6步中，我们使用了一个自定义的方法initShaders() ，这是用于初始化着色器的，接下来咱们详细说一下。

6-着色器初始化

初始化着色器的步骤：

建立程序对象，目前这只是一个手绘板的外壳。
```
const shaderProgram = gl.createProgram();
```
建立顶点着色器对象和片元着色器对象，这是手绘板里用于接收触控笔信号的零部件，二者可以分工合作，把触控笔的压感（js信号）解析为计算机语言(GLSL ES)，然后让计算机(浏览器的webgl 渲染引擎)识别显示。
```
const vertexShader = loadShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vsSource);const fragmentShader = loadShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fsSource);
```
将顶点着色器对象和片元着色器对象装进程序对象中，这就完成的手绘板的拼装。
```
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
```
连接webgl 上下文对象和程序对象，就像连接触控笔和手绘板一样（触控笔里有传感器，可以向手绘板发送信号）。
```
gl.linkProgram(shaderProgram);
```
启动程序对象，就像按下了手绘板的启动按钮，使其开始工作。
```
gl.useProgram(program);
```

上面第二步中的建立着色对象方法loadShader()，是一个自定义的方法，其参数是(webgl上下文对象，着色器类型，着色器源文件)，gl.VERTEX_SHADER 是顶点着色器类型，gl.FRAGMENT_SHADER是片元着色器类型。

function loadShader(gl, type, source) {    const shader = gl.createShader(type);
    gl.shaderSource(shader, source);
    gl.compileShader(shader);    return shader;
}

gl.createShader(type) ：根据着色器类型建立着色器对象的方法。
gl.shaderSource(shader, source)：将着色器源文件传入着色器对象中，这里的着色器源文件就是我们之前在script 里用GLSL ES写的着色程序。
gl.compileShader(shader)：编译着色器对象。

在以后的学习里，initShaders 会经常用到，所以我们可以将其模块化。

后面在需要的时候，import 引入即可。

import {initShaders} from '../jsm/Utils.js';

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