webgl 系列 —— 绘制一个点(版本2、版本3、版本4、版本5)

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所属分类:Web前端
摘要

我们初步认识了 webgl,本篇主要围绕绘制一个点的示例,逐步实现下面功能:


绘制一个点

我们初步认识了 webgl,本篇主要围绕绘制一个点的示例,逐步实现下面功能:

  1. 点的位置从 js 传入着色器
  2. 点的大小由 js 传入着色器
  3. 通过鼠标点击绘点
  4. 通过鼠标点击绘点,并改变点的颜色

绘制一个点(版本2)

需求

在上篇中我们在canvas中心绘制了一个点(效果如下),但这点的位置是直接写在顶点着色器中 gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

webgl 系列 —— 绘制一个点(版本2、版本3、版本4、版本5)

需求:点的位置从 js 传入着色器

思路

将位置信息从 js 传入着色器有两种方式:attribute 变量、uniform 变量

  • attribute - 传输的是那些与顶点相关的数据
  • uniform - 传输的是那些对于所有顶点都相同的数据

webgl 系列 —— 绘制一个点(版本2、版本3、版本4、版本5)

我们这里使用 attribute 变量,因为每个点都有各自的坐标

Tip:GLSL 中有三种类型的“变量”或者说数据存储类型。每一种类型都有特定的目标和使用方法:: attributes、varyings(复杂,暂不介绍)和uniforms —— Data in WebGL

attribute

attribute 是一种着色器语言(GLSL ES)变量,用于向顶点着色器内传输数据,只有顶点着色器能使用它。

使用 attribute 有如下三步:

  1. 在顶点着色器中声明 attribute 变量
  2. 在顶点着色器中将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量
  3. 向 attribute 变量传输数据

实现

完整代码如下:

// point02.js // 必须要 ; const VSHADER_SOURCE = ` // 声明 attribute 变量 attribute vec4 a_Position; void main() {   // 将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量   gl_Position = a_Position;   gl_PointSize = 10.0;                } `  const FSHADER_SOURCE = `   void main() {     gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);    } `  function main() {   const canvas = document.getElementById('webgl');    const gl = canvas.getContext("webgl");    // 初始化着色器   if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {     console.log('初始化着色器失败');     return;   }    // 获取 attribute 变量的存储位置。如果找不到该属性则返回 -1。   const a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position')   if (a_Position < 0) {     console.log('找不到 a_Position 的存储位置');     return;   }   // 为顶点 attibute 变量赋值   gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0);     gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);   gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);     gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1); } 

Tip:顶点着色器中必须要写 ;

核心代码:

// 声明 attribute 变量 attribute vec4 a_Position;  void main() {   // 将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量   gl_Position = a_Position; }  // 获取 attribute 变量的存储位置。如果找不到该属性则返回 -1。 // gl.program - 在 initShaders() 函数中创建了这个程序对象。现在只需知道它是一个参数 const a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position') // 为顶点 attibute 变量赋值 gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0); 

Tip:习惯:所有 attribute 的变量以 a_ 开头,所有 uniform 的变量以 u_ 开头。

getAttribLocation

WebGLRenderingContext.getAttribLocation(program, name) 方法返回了给定 WebGLProgram对象 中某属性的下标指向位置。

vertexAttrib3f

vertexAttrib3f 是一系列同族方法中的一个,为顶点 attibute 变量赋值。

一系列方法指:

void gl.vertexAttrib1f(index, v0); void gl.vertexAttrib2f(index, v0, v1); // 将数据(v0, v1, v2) 传给 index 指定的 attribute 变量 void gl.vertexAttrib3f(index, v0, v1, v2); void gl.vertexAttrib4f(index, v0, v1, v2, v3);  // 矢量版本 v(vector) void gl.vertexAttrib1fv(index, value); void gl.vertexAttrib2fv(index, value); void gl.vertexAttrib3fv(index, value); void gl.vertexAttrib4fv(index, value); 
  • gl.vertexAttrib1f 传1个分量。第二第三分量设置为 0.0,第四个分量设置为1.0
  • gl.vertexAttrib3f 传3个分量。第四个分量设置为 1.0,以此类推。

矢量版本以 v 结尾,接受类型化数组。就像这样:

const floatArray = new Float32Array([10.0, 5.0, 2.0]); gl.vertexAttrib3fv(a_foobar, floatArray); 

绘制一个点(版本3)

需求

需求:点的大小由 js 传入着色器 —— 在版本2的基础上实现

实现

和版本2的实现类似:

 const VSHADER_SOURCE = `  attribute vec4 a_Position; +attribute float a_PointSize;  void main() {    // 将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量    gl_Position = a_Position; -  gl_PointSize = 10.0; +  gl_PointSize = a_PointSize;  }  `  function main() {    gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0);  +  const a_PointSize = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_PointSize') +  if (a_PointSize < 0) { +    console.log('找不到 a_PointSize 的存储位置'); +    return; +  } +  // 为顶点 attibute 变量赋值 +  gl.vertexAttrib1f(a_PointSize, 10.0);     gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); 

绘制一个点(版本4)

需求

需求:通过鼠标点击绘点

效果如下:

webgl 系列 —— 绘制一个点(版本2、版本3、版本4、版本5)

实现

完整代码如下:

const VSHADER_SOURCE = ` // 声明 attribute 变量 attribute vec4 a_Position; attribute float a_PointSize; void main() {   // 将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量   gl_Position = a_Position;   gl_PointSize = a_PointSize;                } `  const FSHADER_SOURCE = `   void main() {     gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);    } `  function main() {   const canvas = document.getElementById('webgl');    const gl = canvas.getContext("webgl");    // 初始化着色器   if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {     console.log('初始化着色器失败');     return;   }    gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);   gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);    const a_PointSize = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_PointSize')   if (a_PointSize < 0) {     console.log('找不到 a_PointSize 的存储位置');     return;   }   // 为顶点 attibute 变量赋值   gl.vertexAttrib1f(a_PointSize, 10.0);    // 获取 attribute 变量的存储位置。如果找不到该属性则返回 -1。   const a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position')   if (a_Position < 0) {     console.log('找不到 a_Position 的存储位置');     return;   }    // 存储所有点   const points = [];    // 注册点击事件   $(canvas).click(event => {     // 将点击的坐标转为 webgl 坐标系统。     const rect = event.target.getBoundingClientRect();     const x = ((event.clientX - rect.left) - canvas.width / 2) / (canvas.width / 2);     const y = (canvas.height / 2 - (event.clientY - rect.top)) / (canvas.height / 2);     console.log(x, y)     // 将点保存     points.push({ x, y })     // 注:使用预设值来清空缓冲。如果注释这行,颜色缓冲区会被 webgl 重置为默认的透明色(0.0, 0.0, 0.0, 0.0) —— 必须     gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);     // 绘点     points.forEach(item => {       // 为顶点 attibute 变量赋值       // 注:即使 x, y 是整数程序也没问题       gl.vertexAttrib3f(a_Position, item.x, item.y, 0.0);       gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);     })   }) } 

核心思路如下:

  • 给 canvas 注册点击事件(这里引入jQuery)
  • 点击时将 (x, y) 转为 webgl 坐标(怎么转换?百度搜索,这不是重点),并将该点存入一个变量 points 中
  • 循环 points 不停绘制点

:循环前得通过 gl.clear 清空绘图区,否则canvas背景会被重置为透明色。

绘制一个点(版本5)

需求

需求:通过鼠标点击绘点,并改变点的颜色 —— 在版本4的基础上实现

效果如下:
webgl 系列 —— 绘制一个点(版本2、版本3、版本4、版本5)

思路:颜色从硬编码改成从 js 传入。使用 uniform 变量。

uniform

前面我们用 attribute 向顶点着色器传输顶点的位置,只有顶点着色器才能使用 attribute。

对于片元着色器,需要使用 uniform 变量。

使用 uniform 有如下三步(和 attribute 类似):

  1. 在顶点着色器中声明 uniform 变量
  2. 在顶点着色器中将声明的 uniform 变量赋值给 gl_FragColor 变量
  3. 向 uniform 变量传输数据

实现

完整代码:

const VSHADER_SOURCE = ` attribute vec4 a_Position; attribute float a_PointSize; void main() {   gl_Position = a_Position;   gl_PointSize = a_PointSize;                } `  const FSHADER_SOURCE = ` // 片元着色器必须加上精度描述。否则浏览器报错:No precision specified for (float) precision mediump float; // 声明变量 uniform vec4 u_FragColor; void main() {   gl_FragColor = u_FragColor; } `  function main() {   const canvas = document.getElementById('webgl');    const gl = canvas.getContext("webgl");    if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {     console.log('初始化着色器失败');     return;   }    gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);   gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);    const a_PointSize = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_PointSize')   if (a_PointSize < 0) {     console.log('找不到 a_PointSize 的存储位置');     return;   }   gl.vertexAttrib1f(a_PointSize, 10.0);    const a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position')   if (a_Position < 0) {     console.log('找不到 a_Position 的存储位置');     return;   }    // 获取 uniform 变量的存储位置。如果找不到该属性则返回 -1。   const u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor')   if (u_FragColor < 0) {     console.log('找不到 u_FragColor 的存储位置');     return;   }    const points = [];    // [0, 1)   const getColor = () => Number.parseFloat(Math.random())      $(canvas).click(event => {     const rect = event.target.getBoundingClientRect();     const x = ((event.clientX - rect.left) - canvas.width / 2) / (canvas.width / 2);     const y = (canvas.height / 2 - (event.clientY - rect.top)) / (canvas.height / 2);          // 将点的随机颜色     points.push({ x, y, rgb: [getColor(), getColor(), getColor()] })     gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);     points.forEach(item => {       gl.vertexAttrib3f(a_Position, item.x, item.y, 0.0);       // 给 unifrom 变量赋值       gl.uniform4f(u_FragColor, ...item.rgb, 1.0);       gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);     })   }) } 

核心代码:

const FSHADER_SOURCE = ` // 片元着色器必须加上精度描述。否则浏览器报错:No precision specified for (float) precision mediump float; // 声明变量 uniform vec4 u_FragColor; void main() {   gl_FragColor = u_FragColor; } `  function main() {   // 获取 uniform 变量的存储位置。如果找不到该属性则返回 -1。   const u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor')   if (u_FragColor < 0) {     console.log('找不到 u_FragColor 的存储位置');     return;   }    $(canvas).click(event => {     ...     points.forEach(item => {       ...       // 给 unifrom 变量赋值       gl.uniform4f(u_FragColor, ...item.rgb, 1.0);       gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);     })   }) } 

:片元着色器必须加上精度描述(例如:precision mediump float;)。否则浏览器报错:No precision specified for (float)

getUniformLocation

getUniformLocationgetAttribLocation 类似,只是这里返回 uniform 变量的位置

uniform4f

有了 uniform 变量的存储地址,就可以使用 uniform4f(和 vertexAttrib3f 很类似) 向变量中写入数据。