WebGL技术储备指南美高梅59599

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WebGL技术储备指南

2015/12/22 · HTML5 · 1
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WebGL

原文出处: 淘宝前端团队(FED)-
叶斋
   

美高梅59599 1

WebGL 是 HTML 5 草案的一部分,可以驱动 Canvas 渲染三维场景。WebGL
虽然还未有广泛应用,但极具潜力和想象空间。本文是我学习 WebGL
时梳理知识脉络的产物,花点时间整理出来与大家分享。

WebGL 是 HTML 5 草案的一部分,可以驱动 Canvas 渲染三维场景。WebGL
虽然还未有广泛应用,但极具潜力和想象空间。本文是我学习 WebGL
时梳理知识脉络的产物,花点时间整理出来与大家分享。

示例

WebGL 很酷,有以下 demos 为证:

寻找奥兹国
赛车游戏
划船的男孩(Goo
Engine
 Demo)

示例

WebGL 很酷,有以下 demos 为证:

寻找奥兹国
赛车游戏
划船的男孩(Goo
Engine
 Demo)

本文的目标

本文的预期读者是:不熟悉图形学,熟悉前端,希望了解或系统学习 WebGL
的同学。

本文不是 WebGL 的概述性文章,也不是完整详细的 WebGL
教程。本文只希望成为一篇供 WebGL 初学者使用的提纲。

本文的目标

本文的预期读者是:不熟悉图形学,熟悉前端,希望了解或系统学习 WebGL
的同学。

本文不是 WebGL 的概述性文章,也不是完整详细的 WebGL
教程。本文只希望成为一篇供 WebGL 初学者使用的提纲。

Canvas

熟悉 Canvas 的同学都知道,Canvas 绘图先要获取绘图上下文:

JavaScript

var context = canvas.getContext(‘2d’);

1
var context = canvas.getContext(‘2d’);

context上调用各种函数绘制图形,比如:

JavaScript

// 绘制左上角为(0,0),右下角为(50, 50)的矩形 context.fillRect(0, 0, 50,
50);

1
2
// 绘制左上角为(0,0),右下角为(50, 50)的矩形
context.fillRect(0, 0, 50, 50);

WebGL 同样需要获取绘图上下文:

JavaScript

var gl = canvas.getContext(‘webgl’); // 或 experimental-webgl

1
var gl = canvas.getContext(‘webgl’); // 或 experimental-webgl

但是接下来,如果想画一个矩形的话,就没这么简单了。实际上,Canvas
是浏览器封装好的一个绘图环境,在实际进行绘图操作时,浏览器仍然需要调用
OpenGL API。而 WebGL API 几乎就是 OpenGL API 未经封装,直接套了一层壳。

Canvas 的更多知识,可以参考:

Canvas

熟悉 Canvas 的同学都知道,Canvas 绘图先要获取绘图上下文:

var context = canvas.getContext('2d');

context上调用各种函数绘制图形,比如:

// 绘制左上角为(0,0),右下角为(50, 50)的矩形
context.fillRect(0, 0, 50, 50);

WebGL 同样需要获取绘图上下文:

var gl = canvas.getContext('webgl'); // 或 experimental-webgl

但是接下来,如果想画一个矩形的话,就没这么简单了。实际上,Canvas
是浏览器封装好的一个绘图环境,在实际进行绘图操作时,浏览器仍然需要调用
OpenGL API。而 WebGL API 几乎就是 OpenGL API 未经封装,直接套了一层壳。

Canvas 的更多知识,可以参考:

矩阵变换

美高梅59599,三维模型,从文件中读出来,到绘制在 Canvas 中,经历了多次坐标变换。

假设有一个最简单的模型:三角形,三个顶点分别为(-1,-1,0),(1,-1,0),(0,1,0)。这三个数据是从文件中读出来的,是三角形最初始的坐标(局部坐标)。如下图所示,右手坐标系。

美高梅59599 2

模型通常不会位于场景的原点,假设三角形的原点位于(0,0,-1)处,没有旋转或缩放,三个顶点分别为(-1,-1,-1),(1,-1,-1),(0,1,-1),即世界坐标。

美高梅59599 3

绘制三维场景必须指定一个观察者,假设观察者位于(0,0,1)处而且看向三角形,那么三个顶点相对于观察者的坐标为(-1,-1,-2),(1,-1,-2),(0,1,-2),即视图坐标。

美高梅59599 4

观察者的眼睛是一个点(这是透视投影的前提),水平视角和垂直视角都是90度,视野范围(目力所及)为[0,2]在Z轴上,观察者能够看到的区域是一个四棱台体。

美高梅59599 5

将四棱台体映射为标准立方体(CCV,中心为原点,边长为2,边与坐标轴平行)。顶点在
CCV 中的坐标,离它最终在 Canvas 中的坐标已经很接近了,如果把 CCV
的前表面看成 Canvas,那么最终三角形就画在图中橙色三角形的位置。

美高梅59599 6

上述变换是用矩阵来进行的。

局部坐标 –(模型变换)-> 世界坐标 –(视图变换)-> 视图坐标
–(投影变换)–> CCV 坐标。

以(0,1,0)为例,它的齐次向量为(0,0,1,1),上述变换的表示过程可以是:

美高梅59599 7

上面三个矩阵依次是透视投影矩阵,视图矩阵,模型矩阵。三个矩阵的值分别取决于:观察者的视角和视野距离,观察者在世界中的状态(位置和方向),模型在世界中的状态(位置和方向)。计算的结果是(0,1,1,2),化成齐次坐标是(0,0.5,0.5,1),就是这个点在CCV中的坐标,那么(0,0.5)就是在Canvas中的坐标(认为
Canvas 中心为原点,长宽都为2)。

上面出现的(0,0,1,1)是(0,0,1)的齐次向量。齐次向量(x,y,z,w)可以代表三维向量(x,y,z)参与矩阵运算,通俗地说,w
分量为 1 时表示位置,w 分量为 0 时表示位移。

WebGL 没有提供任何有关上述变换的机制,开发者需要亲自计算顶点的 CCV
坐标。

关于坐标变换的更多内容,可以参考:

比较复杂的是模型变换中的绕任意轴旋转(通常用四元数生成矩阵)和投影变换(上面的例子都没收涉及到)。

关于绕任意轴旋转和四元数,可以参考:

关于齐次向量的更多内容,可以参考。

矩阵变换

三维模型,从文件中读出来,到绘制在 Canvas 中,经历了多次坐标变换。

假设有一个最简单的模型:三角形,三个顶点分别为(-1,-1,0),(1,-1,0),(0,1,0)。这三个数据是从文件中读出来的,是三角形最初始的坐标(局部坐标)。如下图所示,右手坐标系。

美高梅59599 8

模型通常不会位于场景的原点,假设三角形的原点位于(0,0,-1)处,没有旋转或缩放,三个顶点分别为(-1,-1,-1),(1,-1,-1),(0,1,-1),即世界坐标。

美高梅59599 9

绘制三维场景必须指定一个观察者,假设观察者位于(0,0,1)处而且看向三角形,那么三个顶点相对于观察者的坐标为(-1,-1,-2),(1,-1,-2),(0,1,-2),即视图坐标。

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观察者的眼睛是一个点(这是透视投影的前提),水平视角和垂直视角都是90度,视野范围(目力所及)为[0,2]在Z轴上,观察者能够看到的区域是一个四棱台体。

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将四棱台体映射为标准立方体(CCV,中心为原点,边长为2,边与坐标轴平行)。顶点在
CCV 中的坐标,离它最终在 Canvas 中的坐标已经很接近了,如果把 CCV
的前表面看成 Canvas,那么最终三角形就画在图中橙色三角形的位置。

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上述变换是用矩阵来进行的。

局部坐标 –(模型变换)-> 世界坐标 –(视图变换)-> 视图坐标
–(投影变换)–> CCV 坐标。

以(0,1,0)为例,它的齐次向量为(0,0,1,1),上述变换的表示过程可以是:

美高梅59599 13

上面三个矩阵依次是透视投影矩阵,视图矩阵,模型矩阵。三个矩阵的值分别取决于:观察者的视角和视野距离,观察者在世界中的状态(位置和方向),模型在世界中的状态(位置和方向)。计算的结果是(0,1,1,2),化成齐次坐标是(0,0.5,0.5,1),就是这个点在CCV中的坐标,那么(0,0.5)就是在Canvas中的坐标(认为
Canvas 中心为原点,长宽都为2)。

上面出现的(0,0,1,1)是(0,0,1)的齐次向量。齐次向量(x,y,z,w)可以代表三维向量(x,y,z)参与矩阵运算,通俗地说,w
分量为 1 时表示位置,w 分量为 0 时表示位移。

WebGL 没有提供任何有关上述变换的机制,开发者需要亲自计算顶点的 CCV
坐标。

关于坐标变换的更多内容,可以参考:

比较复杂的是模型变换中的绕任意轴旋转(通常用四元数生成矩阵)和投影变换(上面的例子都没收涉及到)。

关于绕任意轴旋转和四元数,可以参考:

关于齐次向量的更多内容,可以参考。

着色器和光栅化

在 WebGL
中,开发者是通过着色器来完成上述变换的。着色器是运行在显卡中的程序,以
GLSL 语言编写,开发者需要将着色器的源码以字符串的形式传给 WebGL
上下文的相关函数。

着色器有两种,顶点着色器和片元(像素)着色器,它们成对出现。顶点着色器任务是接收顶点的局部坐标,输出
CCV 坐标。CCV
坐标经过光栅化,转化为逐像素的数据,传给片元着色器。片元着色器的任务是确定每个片元的颜色。

顶点着色器接收的是 attribute 变量,是逐顶点的数据。顶点着色器输出
varying 变量,也是逐顶点的。逐顶点的 varying
变量数据经过光栅化,成为逐片元的 varying
变量数据,输入片元着色器,片元着色器输出的结果就会显示在 Canvas 上。

美高梅59599 14

着色器功能很多,上述只是基本功能。大部分炫酷的效果都是依赖着色器的。如果你对着色器完全没有概念,可以试着理解下一节
hello world 程序中的着色器再回顾一下本节。

关于更多着色器的知识,可以参考:

着色器和光栅化

在 WebGL
中,开发者是通过着色器来完成上述变换的。着色器是运行在显卡中的程序,以
GLSL 语言编写,开发者需要将着色器的源码以字符串的形式传给 WebGL
上下文的相关函数。

着色器有两种,顶点着色器和片元(像素)着色器,它们成对出现。顶点着色器任务是接收顶点的局部坐标,输出
CCV 坐标。CCV
坐标经过光栅化,转化为逐像素的数据,传给片元着色器。片元着色器的任务是确定每个片元的颜色。

顶点着色器接收的是 attribute 变量,是逐顶点的数据。顶点着色器输出
varying 变量,也是逐顶点的。逐顶点的 varying
变量数据经过光栅化,成为逐片元的 varying
变量数据,输入片元着色器,片元着色器输出的结果就会显示在 Canvas 上。

美高梅59599 15

着色器功能很多,上述只是基本功能。大部分炫酷的效果都是依赖着色器的。如果你对着色器完全没有概念,可以试着理解下一节
hello world 程序中的着色器再回顾一下本节。

关于更多着色器的知识,可以参考:

程序

这一节解释绘制上述场景(三角形)的 WebGL
程序。点这个链接,查看源代码,试图理解一下。这段代码出自WebGL
Programming
Guide
,我作了一些修改以适应本文内容。如果一切正常,你看到的应该是下面这样:

美高梅59599 16

解释几点(如果之前不了解 WebGL ,多半会对下面的代码困惑,无碍):

  1. 字符串 VSHADER_SOURCE 和 FSHADER_SOURCE
    是顶点着色器和片元着色器的源码。可以将着色器理解为有固定输入和输出格式的程序。开发者需要事先编写好着色器,再按照一定格式着色器发送绘图命令。
  2. Part2 将着色器源码编译为 program
    对象:先分别编译顶点着色器和片元着色器,然后连接两者。如果编译源码错误,不会报
    JS 错误,但可以通过其他
    API(如gl.getShaderInfo等)获取编译状态信息(成功与否,如果出错的错误信息)。
JavaScript

// 顶点着色器 var vshader = gl.createShader(gl.VERTEX\_SHADER);
gl.shaderSource(vshader, VSHADER\_SOURCE);
gl.compileShader(vshader); // 同样新建 fshader var program =
gl.createProgram(); gl.attachShader(program, vshader);
gl.attachShader(program, fshader); gl.linkProgram(program);

<table>
<colgroup>
<col style="width: 50%" />
<col style="width: 50%" />
</colgroup>
<tbody>
<tr class="odd">
<td><div class="crayon-nums-content" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important;">
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-1">
1
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-2">
2
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-3">
3
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-4">
4
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-5">
5
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-6">
6
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-7">
7
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-8">
8
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a671c960813930-9">
9
</div>
</div></td>
<td><div class="crayon-pre" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important; -moz-tab-size:4; -o-tab-size:4; -webkit-tab-size:4; tab-size:4;">
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-1" class="crayon-line">
// 顶点着色器
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-2" class="crayon-line crayon-striped-line">
var vshader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-3" class="crayon-line">
gl.shaderSource(vshader, VSHADER_SOURCE);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-4" class="crayon-line crayon-striped-line">
gl.compileShader(vshader);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-5" class="crayon-line">
// 同样新建 fshader
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-6" class="crayon-line crayon-striped-line">
var program = gl.createProgram();
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-7" class="crayon-line">
gl.attachShader(program, vshader);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-8" class="crayon-line crayon-striped-line">
gl.attachShader(program, fshader);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a671c960813930-9" class="crayon-line">
gl.linkProgram(program);
</div>
</div></td>
</tr>
</tbody>
</table>
  1. program
    对象需要指定使用它,才可以向着色器传数据并绘制。复杂的程序通常有多个
    program 对 象,(绘制每一帧时)通过切换 program
    对象绘制场景中的不同效果。
JavaScript

gl.useProgram(program);

<table>
<colgroup>
<col style="width: 50%" />
<col style="width: 50%" />
</colgroup>
<tbody>
<tr class="odd">
<td><div class="crayon-nums-content" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important;">
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6720232020477-1">
1
</div>
</div></td>
<td><div class="crayon-pre" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important; -moz-tab-size:4; -o-tab-size:4; -webkit-tab-size:4; tab-size:4;">
<div id="crayon-5b8f14b3a6720232020477-1" class="crayon-line">
gl.useProgram(program);
</div>
</div></td>
</tr>
</tbody>
</table>
  1. Part3 向正在使用的着色器传入数据,包括逐顶点的 attribute
    变量和全局的 uniform 变量。向着色器传入数据必须使用
    ArrayBuffer,而不是常规的 JS 数组。
JavaScript

var varray = new Float32Array(\[-1, -1, 0, 1, -1, 0, 0, 1, 0\])

<table>
<colgroup>
<col style="width: 50%" />
<col style="width: 50%" />
</colgroup>
<tbody>
<tr class="odd">
<td><div class="crayon-nums-content" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important;">
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6723482450329-1">
1
</div>
</div></td>
<td><div class="crayon-pre" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important; -moz-tab-size:4; -o-tab-size:4; -webkit-tab-size:4; tab-size:4;">
<div id="crayon-5b8f14b3a6723482450329-1" class="crayon-line">
var varray = new Float32Array([-1, -1, 0, 1, -1, 0, 0, 1, 0])
</div>
</div></td>
</tr>
</tbody>
</table>
  1. WebGL API 对 ArrayBuffer
    的操作(填充缓冲区,传入着色器,绘制等)都是通过 gl.ARRAY_BUFFER
    进行的。在 WebGL 系统中又很多类似的情况。
JavaScript

// 只有将 vbuffer 绑定到 gl.ARRAY\_BUFFER,才可以填充数据
gl.bindBuffer(gl.ARRAY\_BUFFER, vbuffer); // 这里的意思是,向“绑定到
gl.ARRAY\_BUFFER”的缓冲区中填充数据 gl.bufferData(gl.ARRAY\_BUFFER,
varray, gl.STATIC\_DRAW); // 获取 a\_Position
变量在着色器程序中的位置,参考顶点着色器源码 var aloc =
gl.getAttribLocation(program, 'a\_Position'); // 将 gl.ARRAY\_BUFFER
中的数据传入 aloc 表示的变量,即 a\_Position
gl.vertexAttribPointer(aloc, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(aloc);

<table>
<colgroup>
<col style="width: 50%" />
<col style="width: 50%" />
</colgroup>
<tbody>
<tr class="odd">
<td><div class="crayon-nums-content" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important;">
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-1">
1
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-2">
2
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-3">
3
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-4">
4
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-5">
5
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-6">
6
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-7">
7
</div>
<div class="crayon-num crayon-striped-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-8">
8
</div>
<div class="crayon-num" data-line="crayon-5b8f14b3a6727492492738-9">
9
</div>
</div></td>
<td><div class="crayon-pre" style="font-size: 13px !important; line-height: 15px !important; -moz-tab-size:4; -o-tab-size:4; -webkit-tab-size:4; tab-size:4;">
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-1" class="crayon-line">
// 只有将 vbuffer 绑定到 gl.ARRAY_BUFFER,才可以填充数据
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-2" class="crayon-line crayon-striped-line">
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbuffer);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-3" class="crayon-line">
// 这里的意思是,向“绑定到 gl.ARRAY_BUFFER”的缓冲区中填充数据
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-4" class="crayon-line crayon-striped-line">
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, varray, gl.STATIC_DRAW);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-5" class="crayon-line">
// 获取 a_Position 变量在着色器程序中的位置,参考顶点着色器源码
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-6" class="crayon-line crayon-striped-line">
var aloc = gl.getAttribLocation(program, 'a_Position');
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-7" class="crayon-line">
// 将 gl.ARRAY_BUFFER 中的数据传入 aloc 表示的变量,即 a_Position
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-8" class="crayon-line crayon-striped-line">
gl.vertexAttribPointer(aloc, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
</div>
<div id="crayon-5b8f14b3a6727492492738-9" class="crayon-line">
gl.enableVertexAttribArray(aloc);
</div>
</div></td>
</tr>
</tbody>
</table>
  1. 向着色器传入矩阵时,是按列存储的。可以比较一下 mmatrix
    和矩阵变换一节中的模型矩阵(第 3 个)。
  2. 顶点着色器计算出的 gl_Position 就是 CCV
    中的坐标,比如最上面的顶点(蓝色)的 gl_Position
    化成齐次坐标就是(0,0.5,0.5,1)。
  3. 向顶点着色器传入的只是三个顶点的颜色值,而三角形表面的颜色渐变是由这三个颜色值内插出的。光栅化不仅会对
    gl_Position 进行,还会对 varying 变量插值。
  4. gl.drawArrays()方法驱动缓冲区进行绘制,gl.TRIANGLES
    指定绘制三角形,也可以改变参数绘制点、折线等等。

关于 ArrayBuffer 的详细信息,可以参考:

关于 gl.TRIANGLES
等其他绘制方式,可以参考下面这张图或这篇博文

美高梅59599 17

程序

这一节解释绘制上述场景(三角形)的 WebGL
程序。点这个链接,查看源代码,试图理解一下。这段代码出自WebGL
Programming
Guide
,我作了一些修改以适应本文内容。如果一切正常,你看到的应该是下面这样:

美高梅59599 18

解释几点(如果之前不了解 WebGL ,多半会对下面的代码困惑,无碍):

  1. 字符串 VSHADER_SOURCE 和 FSHADER_SOURCE
    是顶点着色器和片元着色器的源码。可以将着色器理解为有固定输入和输出格式的程序。开发者需要事先编写好着色器,再按照一定格式着色器发送绘图命令。

  2. Part2 将着色器源码编译为 program
    对象:先分别编译顶点着色器和片元着色器,然后连接两者。如果编译源码错误,不会报
    JS 错误,但可以通过其他
    API(如gl.getShaderInfo等)获取编译状态信息(成功与否,如果出错的错误信息)。

    // 顶点着色器
    var vshader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
    gl.shaderSource(vshader, VSHADER_SOURCE);
    gl.compileShader(vshader);
    // 同样新建 fshader
    var program = gl.createProgram();
    gl.attachShader(program, vshader);
    gl.attachShader(program, fshader);
    gl.linkProgram(program);
    
  3. program
    对象需要指定使用它,才可以向着色器传数据并绘制。复杂的程序通常有多个
    program 对 象,(绘制每一帧时)通过切换 program
    对象绘制场景中的不同效果。

    gl.useProgram(program);
    
  4. Part3 向正在使用的着色器传入数据,包括逐顶点的 attribute
    变量和全局的 uniform 变量。向着色器传入数据必须使用
    ArrayBuffer,而不是常规的 JS 数组。

    var varray = new Float32Array([-1, -1, 0, 1, -1, 0, 0, 1, 0])
    
  5. WebGL API 对 ArrayBuffer
    的操作(填充缓冲区,传入着色器,绘制等)都是通过 gl.ARRAY_BUFFER
    进行的。在 WebGL 系统中又很多类似的情况。

    // 只有将 vbuffer 绑定到 gl.ARRAY_BUFFER,才可以填充数据
    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbuffer);
    // 这里的意思是,向“绑定到 gl.ARRAY_BUFFER”的缓冲区中填充数据
    gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, varray, gl.STATIC_DRAW);
    // 获取 a_Position 变量在着色器程序中的位置,参考顶点着色器源码
    var aloc = gl.getAttribLocation(program, 'a_Position');
    // 将 gl.ARRAY_BUFFER 中的数据传入 aloc 表示的变量,即 a_Position
    gl.vertexAttribPointer(aloc, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
    gl.enableVertexAttribArray(aloc);
    
  6. 向着色器传入矩阵时,是按列存储的。可以比较一下 mmatrix
    和矩阵变换一节中的模型矩阵(第 3 个)。

  7. 顶点着色器计算出的 gl_Position 就是 CCV
    中的坐标,比如最上面的顶点(蓝色)的 gl_Position
    化成齐次坐标就是(0,0.5,0.5,1)。

  8. 向顶点着色器传入的只是三个顶点的颜色值,而三角形表面的颜色渐变是由这三个颜色值内插出的。光栅化不仅会对
    gl_Position 进行,还会对 varying 变量插值。

  9. gl.drawArrays()方法驱动缓冲区进行绘制,gl.TRIANGLES
    指定绘制三角形,也可以改变参数绘制点、折线等等。

关于 ArrayBuffer 的详细信息,可以参考:

关于 gl.TRIANGLES
等其他绘制方式,可以参考下面这张图或这篇博文

美高梅59599 19

深度检测

当两个表面重叠时,前面的模型会挡住后面的模型。比如这个例子,绘制了两个交叉的三角形(
varray 和 carray 的长度变为 18,gl.drawArrays 最后一个参数变为
6)。为了简单,这个例子去掉了矩阵变换过程,直接向着色器传入 CCV 坐标。

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美高梅59599 21

顶点着色器给出了 6 个顶点的 gl_Position ,经过光栅化,片元着色器获得了
2X 个片元(假设 X 为每个三角形的像素个数),每个片元都离散的 x,y
坐标值,还有 z 值。x,y 坐标就是三角形在 Canvas
上的坐标,但如果有两个具有相同 x,y 坐标的片元同时出现,那么 WebGL
就会取 z 坐标值较小的那个片元。

在深度检测之前,必须在绘制前开启一个常量。否则,WebGL 就会按照在 varray
中定义的顺序绘制了,后面的会覆盖前面的。

JavaScript

gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

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gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

实际上,WebGL 的逻辑是这样的:依次处理片元,如果渲染缓冲区(这里就是
Canvas
了)的那个与当前片元对应的像素还没有绘制时,就把片元的颜色画到渲染缓冲区对应像素里,同时把片元的
z
值缓存在另一个深度缓冲区的相同位置;如果当前缓冲区的对应像素已经绘制过了,就去查看深度缓冲区中对应位置的
z 值,如果当前片元 z 值小,就重绘,否则就放弃当前片元。

WebGL 的这套逻辑,对理解蒙版(后面会说到)有一些帮助。

深度检测

当两个表面重叠时,前面的模型会挡住后面的模型。比如这个例子,绘制了两个交叉的三角形(
varray 和 carray 的长度变为 18,gl.drawArrays 最后一个参数变为
6)。为了简单,这个例子去掉了矩阵变换过程,直接向着色器传入 CCV 坐标。

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顶点着色器给出了 6 个顶点的 gl_Position ,经过光栅化,片元着色器获得了
2X 个片元(假设 X 为每个三角形的像素个数),每个片元都离散的 x,y
坐标值,还有 z 值。x,y 坐标就是三角形在 Canvas
上的坐标,但如果有两个具有相同 x,y 坐标的片元同时出现,那么 WebGL
就会取 z 坐标值较小的那个片元。

在深度检测之前,必须在绘制前开启一个常量。否则,WebGL 就会按照在 varray
中定义的顺序绘制了,后面的会覆盖前面的。

gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

实际上,WebGL 的逻辑是这样的:依次处理片元,如果渲染缓冲区(这里就是
Canvas
了)的那个与当前片元对应的像素还没有绘制时,就把片元的颜色画到渲染缓冲区对应像素里,同时把片元的
z
值缓存在另一个深度缓冲区的相同位置;如果当前缓冲区的对应像素已经绘制过了,就去查看深度缓冲区中对应位置的
z 值,如果当前片元 z 值小,就重绘,否则就放弃当前片元。

WebGL 的这套逻辑,对理解蒙版(后面会说到)有一些帮助。

顶点索引

gl.drawArrays()是按照顶点的顺序绘制的,而
gl.drawElements()可以令着色器以一个索引数组为顺序绘制顶点。比如这个例子

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这里画了两个三角形,但只用了 5
个顶点,有一个顶点被两个三角形共用。这时需要建立索引数组,数组的每个元素表示顶点的索引值。将数组填充至gl.ELEMENT_ARRAY,然后调用
gl.drawElements()。

JavaScript

var iarray = new Uint8Array([0,1,2,2,3,4]); var ibuffer =
gl.createBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, iarray, gl.STATIC_DRAW);

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var iarray = new Uint8Array([0,1,2,2,3,4]);
var ibuffer = gl.createBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, iarray, gl.STATIC_DRAW);

顶点索引

gl.drawArrays()是按照顶点的顺序绘制的,而
gl.drawElements()可以令着色器以一个索引数组为顺序绘制顶点。比如这个例子

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这里画了两个三角形,但只用了 5
个顶点,有一个顶点被两个三角形共用。这时需要建立索引数组,数组的每个元素表示顶点的索引值。将数组填充至gl.ELEMENT_ARRAY,然后调用
gl.drawElements()。

var iarray = new Uint8Array([0,1,2,2,3,4]);
var ibuffer = gl.createBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibuffer);
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, iarray, gl.STATIC_DRAW);
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