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WebGL进阶(四)-视点和视线

理论基础:

顶点着色器 Vertex Shader

主要是负责处理顶点位置、顶点颜色、顶点向量等顶点的数据;处理一些顶点的变换:例如在进行视图变换和投影变换时MVP矩阵会改变顶点的位置信息。

输入:

顶点着色器输入部分主要是声明:

①储存着每个顶点属性的attribute变量;

②所有顶点都会实现的(例如MVP矩阵、透视变换矩阵等)全局的uniform变量;

③一些会传递给片元着色器的varying变量。

// 变量
attribute vwc3 aVertexPosition; // 顶点位置
attribute vec3 aNormalPosition; // 法线
attribute vec2 aTextureCoord; // uv坐标

varying highp vec2 vTextureCoord; // 顶点着色器传递给片元着色器
varying highp vec3 vFragPos;
varying highp vec3 vNormal;

// 矩阵
uniform mat4 uModelViewMatrix; // 视图变换矩阵
uniform mat4 uProjectionMatrix; // 透视变换矩阵
输出:

①顶点坐标gl_Position;

②给输入部分声明的varying变量赋值;

矩阵运算从右往左运算

vFragPos = aVertexPosition;
vNormal = aNormalPosition;

// 计算点坐标
gl_Position = uProjextionMatrix * uModelViewMatrix * vec4(aVertexPosition,1.0);

vTextureCoord = aTextureCoord;
片元着色器 Fragment Shader

用于颜色、贴图、光照阴影等

//除了上述出现的“着色器不支持高精度,限定浮点类型为中精度”
precision mediump float;

//还有表示支持高精度的:“着色器支持高精度,限定浮点类型为高精度”
precision highp float;

//以及仅支持低精度的:
prcision lowp float; 
输入:

uniform声明

/声明一个纹理相关的变量,sampler2D 也是一种数据类型
//它是一种取样器类型的变量,该变量对应传入的纹理2D图片的像素数据
uniform sampler2D uSampler;
//Blinn-Phong需要的漫反射项kd、高光项ks、光源位置、相机位置、光强
uniform vec3 uKd;
uniform vec3 uKs;
uniform vec3 uLightPos;
uniform vec3 uCameraPos;
uniform float uLightIntensity;
// 这个TextureSample参数作用应该是:
// 以左上角为原点,通过UV截取图片,如果==1,则正常取值
uniform int uTextureSample; 

varing变量

//继承varying参数
varying highp vec2 vTextureCoord;
varying highp vec3 vFragPos;
varying highp vec3 vNormal; 
输出:

一般设置为gl_FragColor

参考:GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪_哔哩哔哩_bilibili

gl.compileShader(shader), 传递需要编译的着色器,函数实现着色器编译。
gl.getShaderParameter(shader,COMPILE_STATUS),COMPILE_STATUS为:
  • gl.DELETE_STATUS:标示着色器是否被删除,删除(GL_TRUE)未删除(GL_FALSE).
  • gl.COMPILE_STATUS: 标示着色器是否编译成功,是(GL_TRUE)不是(GL_FALSE
  • gl.SHADER_TYPE: 标示着色器类型,是顶点着色器 (gl.VERTEX_SHADER) 还是片段着色器 (gl.FRAGMENT_SHADER)
WebGLRenderingContext.enableVertexAttribArray()

在 WebGL 中,作用于顶点的数据会先储存在attributes。这些数据仅对 JavaScript 代码和顶点着色器可用。属性由索引号引用到 GPU 维护的属性列表中。在不同的平台或 GPU 上,某些顶点属性索引可能具有预定义的值。创建属性时,WebGL 层会分配其他属性。

类型为GLuint 的索引,指向要激活的顶点属性。可以使用getAttribLocation方法来获取索引.

WebGLRenderingContext.vertexAttribPointer(index,size,type,normalized,stride,offset)

打开属性数组列表中指定索引处的通用顶点属性数组,

index:定要修改的顶点属性的索引。

size:指定每个顶点属性的组成数量,必须是 1,2,3 或 4。

type:

指定数组中每个元素的数据类型可能是:

  • gl.BYTE: signed 8-bit integer, with values in [-128, 127] 有符号的 8 位整数,范围 [-128, 127]
  • gl.SHORT: signed 16-bit integer, with values in [-32768, 32767] 有符号的 16 位整数,范围 [-32768, 32767]
  • gl.UNSIGNED_BYTE: unsigned 8-bit integer, with values in [0, 255] 无符号的 8 位整数,范围 [0, 255]
  • gl.UNSIGNED_SHORT: unsigned 16-bit integer, with values in [0, 65535] 无符号的 16 位整数,范围 [0, 65535]
  • gl.FLOAT: 32-bit IEEE floating point number 32 位 IEEE 标准的浮点数
  • When using a WebGL 2 context, the following values are available additionally: 使用 WebGL2 版本的还可以使用以下值:- gl.HALF_FLOAT: 16-bit IEEE floating point number 16 位 IEEE 标准的浮点数

normalize:

     当转换为浮点数时是否应该将整数数值归一化到特定的范围。
  • or types gl.BYTE and gl.SHORT, normalizes the values to [-1, 1] if true. 对于类型gl.BYTEgl.SHORT,如果是 true 则将值归一化为 [-1, 1]
  • For types gl.UNSIGNED_BYTE and gl.UNSIGNED_SHORT, normalizes the values to [0, 1] if true. 对于类型gl.UNSIGNED_BYTEgl.UNSIGNED_SHORT,如果是 true 则将值归一化为 [0, 1]
  • For types gl.FLOAT and gl.HALF_FLOAT, this parameter has no effect. 对于类型gl.FLOATgl.HALF_FLOAT,此参数无效

stride:

一个 GLsizei,以字节为单位指定连续顶点属性开始之间的偏移量 (即数组中一行长度)。不能大于 255。如果 stride 为 0,则假定该属性是紧密打包的,即不交错属性,每个属性在一个单独的块中,下一个顶点的属性紧跟当前顶点之后。

offset:

指定顶点属性数组中第一部分的字节偏移量。必须是类型的字节长度的倍数。

WebGLRenderingContext.uniformMatrix[234]fv(location,transpose,value)

该方法的 3 个版本(

uniformMatrix2fv()

uniformMatrix3fv()

unifomMatrix4fv()

),分别以二阶、三阶和四阶方阵作为输入值,它们应是分别具有 4、9、16 个浮点数的数组。

WebGLRenderingContext.uniformMatrix2fv(location, transpose, value);
WebGLRenderingContext.uniformMatrix3fv(location, transpose, value);
WebGLRenderingContext.uniformMatrix4fv(location, transpose, value);

location

WebGLUniformLocation 对象包含了要修改的 uniform attribute 位置。位置使用 getUniformLocation()获得。

transpose

GLboolean 指定是否转置矩阵。必须为

false

value

Float32Array 型或者是

GLfloat

序列值。这些值被假定按列主序(column major order)的方式提供。

源码:

键盘动态改变视点

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="glMatrix-0.9.6.min.js"></script>
    <script>
        let vertexstring = `
        attribute vec4 a_position;
        uniform mat4 u_formMatrix;
        attribute vec4 a_color;
        varying vec4 color;
        void main(void){
            gl_Position =  u_formMatrix * a_position;
            color = a_color;
        }
        `;
        let fragmentstring = `
        precision mediump float;
        varying vec4 color;
        void main(void){
          gl_FragColor =color;
        }
        `;

        var webgl;
        var uniformTexture = 0;
        var uniformTexture1 = 0;
        var uniformAnim = 0;
        var count = 0;
        var texture0;
        var texture1;
        var angley=0;
        var anglex= 0;
        function webglStart() {
            init();
            tick()
        }
        function tick() {
            requestAnimFrame(tick);
            initBuffer();
            draw();
        }
        function init() {
            initWebgl();
            initShader();
            initEvent();
        }
        function handleKeyDown(event) {

            if (String.fromCharCode(event.keyCode) == 'W') {
                angley += 0.01;
            }
            else if (String.fromCharCode(event.keyCode) == 'S') {
                angley -= 0.01;
            }
            else if (String.fromCharCode(event.keyCode) == 'A') {
                anglex -= 0.01;
            }
            else if (String.fromCharCode(event.keyCode) == 'D') {
                anglex += 0.01;
            }

        }
        function initEvent() {
            document.onkeydown = handleKeyDown;
        }
        function initWebgl() {
            let webglDiv = document.getElementById('myCanvas');
            webgl = webglDiv.getContext("webgl");
            webgl.viewport(0, 0, webglDiv.clientWidth, webglDiv.clientHeight);

        }
        function initShader() {

            let vsshader = webgl.createShader(webgl.VERTEX_SHADER);
            let fsshader = webgl.createShader(webgl.FRAGMENT_SHADER);

            webgl.shaderSource(vsshader, vertexstring);
            webgl.shaderSource(fsshader, fragmentstring);

            webgl.compileShader(vsshader);
            webgl.compileShader(fsshader);
            if (!webgl.getShaderParameter(vsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(vsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            if (!webgl.getShaderParameter(fsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(fsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            let program = webgl.createProgram();
            webgl.attachShader(program, vsshader);
            webgl.attachShader(program, fsshader)
            webgl.linkProgram(program);
            webgl.useProgram(program);
            webgl.program = program

        }
        function initBuffer() {
            let ModelMatrix = mat4.create();
            mat4.identity(ModelMatrix);
            let angle = Math.PI / 180 * count;
            console.log(angle);
            mat4.rotate(ModelMatrix, angle, [0, 0, 1])

            let ViewMatrix = mat4.create();
            mat4.identity(ViewMatrix);
            debugger
            ViewMatrix = mat4.lookAt([anglex, angley, 0.2], [0, 0, 0], [0, 1, 0], ViewMatrix);
            console.log(ViewMatrix);

            let mvMatrix = mat4.multiply(ViewMatrix, ModelMatrix)

            let arr = [
                0.0, 0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,

                0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                0.0, -0.6, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,

                0.0, 0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                -0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,

            ]

            let pointPosition = new Float32Array(arr);
            let aPsotion = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_position");
            let triangleBuffer = webgl.createBuffer();
            webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, triangleBuffer);
            webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, pointPosition, webgl.STATIC_DRAW);
            webgl.enableVertexAttribArray(aPsotion);
            webgl.vertexAttribPointer(aPsotion, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 0);
            let aColor = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_color");
            webgl.enableVertexAttribArray(aColor);
            webgl.vertexAttribPointer(aColor, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 4 * 4);

            let uniformMatrix1 = webgl.getUniformLocation(webgl.program, "u_formMatrix");
            webgl.uniformMatrix4fv(uniformMatrix1, false, mvMatrix)
        }

        function draw() {
            webgl.clearColor(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
            webgl.clear(webgl.COLOR_BUFFER_BIT | webgl.DEPTH_BUFFER_BIT);
            webgl.enable(webgl.DEPTH_TEST);
            //纹理变动
            uniformAnim = webgl.getUniformLocation(webgl.program, "anim");
            count = count + 1;
            webgl.uniform1f(uniformAnim, count);
            webgl.drawArrays(webgl.TRIANGLES, 0, 9);
        }
        window.requestAnimFrame = (function () {
            return window.requestAnimationFrame ||
                window.webkitRequestAnimationFrame ||
                window.mozRequestAnimationFrame ||
                window.oRequestAnimationFrame ||
                window.msRequestAnimationFrame ||
                function (callback, element) {
                    window.setTimeout(callback, 1000 / 60);
                };
        })();
    </script>
</head>

<body onload="webglStart()">
    <canvas id='myCanvas' width="1024" height='768'></canvas>
</body>

</html>

模型矩阵与视图矩阵共同作用 :

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="./gl-matrix.js"></script>
    <script>
        let vertexstring = `
        attribute vec4 a_position;
        uniform mat4 u_formMatrix;
        uniform mat4 proj;
        attribute vec4 a_color;
        varying vec4 color;
        void main(void){
            gl_Position =  u_formMatrix * a_position;
            color = a_color;
        }
        `;
        let fragmentstring = `
        precision mediump float;
        varying vec4 color;
        void main(void){
          gl_FragColor =color;
        }
        `;

        var webgl;
        var uniformTexture = 0;
        var uniformTexture1 = 0;
        var uniformAnim = 0;
        var count = 0;
        var texture0;
        var texture1;
        
        function webglStart() {
            init();
        }

        function init() {
            initWebgl();
            initShader();
            initBuffer();
            draw();
            initEvent()
        }
        
        function initWebgl() {
            let webglDiv = document.getElementById('myCanvas');
            webgl = webglDiv.getContext("webgl");
            webgl.viewport(0, 0, webglDiv.clientWidth, webglDiv.clientHeight);

        }
        function initShader() {

            let vsshader = webgl.createShader(webgl.VERTEX_SHADER);
            let fsshader = webgl.createShader(webgl.FRAGMENT_SHADER);

            webgl.shaderSource(vsshader, vertexstring);
            webgl.shaderSource(fsshader, fragmentstring);

            webgl.compileShader(vsshader);
            webgl.compileShader(fsshader);
            if (!webgl.getShaderParameter(vsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(vsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            if (!webgl.getShaderParameter(fsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(fsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            let program = webgl.createProgram();
            webgl.attachShader(program, vsshader);
            webgl.attachShader(program, fsshader)
            webgl.linkProgram(program);
            webgl.useProgram(program);
            webgl.program = program

        }
        function initBuffer() {
            let ModelMatrix = glMatrix.mat4.create();
            glMatrix.mat4.identity(ModelMatrix);
            let angle = Math.PI / 180 * 30;
            console.log(angle);
            glMatrix.mat4.rotate(ModelMatrix, ModelMatrix,angle, [0, 0, 1])

            let ViewMatrix = glMatrix.mat4.create();
            glMatrix.mat4.identity(ViewMatrix);
            debugger
            ViewMatrix =glMatrix.mat4.lookAt(ViewMatrix,[0, 0, 0.3], [0, 0, 0], [0, 1, 0]);
            console.log(ViewMatrix);
            let mvMatrix = glMatrix.mat4.create();
           glMatrix.mat4.multiply(mvMatrix,ViewMatrix, ModelMatrix)

            let arr = [
                0.0, 0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,

                0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                0.0, -0.6, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,

                0.0, 0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                -0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,

            ]

            let pointPosition = new Float32Array(arr);
            let aPsotion = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_position");
            let triangleBuffer = webgl.createBuffer();
            webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, triangleBuffer);
            webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, pointPosition, webgl.STATIC_DRAW);
            webgl.enableVertexAttribArray(aPsotion);
            webgl.vertexAttribPointer(aPsotion, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 0);
            let aColor = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_color");
            webgl.enableVertexAttribArray(aColor);
            webgl.vertexAttribPointer(aColor, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 4 * 4);

            let uniformMatrix1 = webgl.getUniformLocation(webgl.program, "u_formMatrix");
            webgl.uniformMatrix4fv(uniformMatrix1, false, mvMatrix)
        }

        function draw() {
            webgl.clearColor(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
            webgl.clear(webgl.COLOR_BUFFER_BIT | webgl.DEPTH_BUFFER_BIT);
            // webgl.enable(webgl.DEPTH_TEST);
            //纹理变动
            uniformAnim = webgl.getUniformLocation(webgl.program, "anim");
            count = count + 0.01;
            webgl.uniform1f(uniformAnim, count);
            webgl.drawArrays(webgl.TRIANGLES, 0, 9);
        }

    </script>
</head>

<body onload="webglStart()">
    <canvas id='myCanvas' width="1024" height='768'></canvas>
</body>

</html>

视点改变影响三维展示效果:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Document</title>
    <script src="./gl-matrix.js"></script>
    <script>
        let vertexstring = `
        attribute vec4 a_position;
        uniform mat4 u_formMatrix;
        attribute vec4 a_color;
        varying vec4 color;
        void main(void){
            gl_Position = u_formMatrix * a_position;
            color = a_color;
        }
        `;
        let fragmentstring = `
        precision mediump float;
        varying vec4 color;
        void main(void){
          gl_FragColor =color;
        }
        `;

        var webgl;
        var uniformTexture = 0;
        var uniformTexture1 = 0;
        var uniformAnim = 0;
        var count = 0;
        var texture0;
        var texture1;
        var projMatrix = glMatrix.mat4.create()

        function init() {
            initWebgl();
            initShader();
            initBuffer();
            draw();
        }
        function initWebgl() {
            let webglDiv = document.getElementById('myCanvas');
            webgl = webglDiv.getContext("webgl");

        }
        function initShader() {

            let vsshader = webgl.createShader(webgl.VERTEX_SHADER);
            let fsshader = webgl.createShader(webgl.FRAGMENT_SHADER);

            webgl.shaderSource(vsshader, vertexstring);
            webgl.shaderSource(fsshader, fragmentstring);

            webgl.compileShader(vsshader);
            webgl.compileShader(fsshader);
            if (!webgl.getShaderParameter(vsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(vsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            if (!webgl.getShaderParameter(fsshader, webgl.COMPILE_STATUS)) {
                var err = webgl.getShaderInfoLog(fsshader);
                alert(err);
                return;
            }
            let program = webgl.createProgram();
            webgl.attachShader(program, vsshader);
            webgl.attachShader(program, fsshader)
            webgl.linkProgram(program);
            webgl.useProgram(program);
            webgl.program = program

        }
        function initBuffer() {
            let arr = [

                0.0, 0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,
                0.5, -0.5, -0.4, 1, 0.4, 1.0, 0.4, 1,

                0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                -0.5, 0.4, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,
                0.0, -0.6, -0.2, 1, 1.0, 1.0, 0.4, 1,

                0.0, 0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                -0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,
                0.5, -0.5, 0.0, 1, 0.4, 0.4, 1.0, 1,

                // 0.0, 0.6, -0.4, 1,    0.4, 1.0, 1,1, // The back green one
                // -0.5, -0.4, -0.4,  1, 0.4, 1.0, 1,1,
                // 0.5, -0.4, -0.4, 1,  0.4, 1.0,1,1,

                // 0.5, 0.4, -0.2,  1, 1.0, 1.0, 0.4,1, // The middle yellow one
                // -0.5, 0.4, -0.2, 1,  1.0, 1.0, 0.4,1,
                // 0.0, -0.6, -0.2,1,   1.0, 1.0, 0.4,1,

                // 0.0, 0.5, 0.0,  1,   0.4, 0.4, 1.0,1, // The front blue one 
                // -0.5, -0.5, 0.0,1,  0.4, 0.4, 1.0,1,
                // 0.5, -0.5, 0.0, 1,  0.4, 0.4, 1.0,1,
            ]

            let pointPosition = new Float32Array(arr);
            let aPsotion = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_position");
            let triangleBuffer = webgl.createBuffer();
            webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, triangleBuffer);
            webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, pointPosition, webgl.STATIC_DRAW);
            webgl.enableVertexAttribArray(aPsotion);
            webgl.vertexAttribPointer(aPsotion, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 0);
            let aColor = webgl.getAttribLocation(webgl.program, "a_color");
            webgl.enableVertexAttribArray(aColor);
            webgl.vertexAttribPointer(aColor, 4, webgl.FLOAT, false, 8 * 4, 4 * 4);

            let modelView = glMatrix.mat4.create();
            glMatrix.mat4.identity(modelView);
            debugger
            modelView = glMatrix.mat4.lookAt(modelView, [0, 0, 0.2], [0, 0, 0], [0, 1, 0]);
            console.log(modelView);

            let uniformMatrix1 = webgl.getUniformLocation(webgl.program, "u_formMatrix");
            webgl.uniformMatrix4fv(uniformMatrix1, false, modelView);
        }

        function draw() {
            webgl.clearColor(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
            webgl.clear(webgl.COLOR_BUFFER_BIT | webgl.DEPTH_BUFFER_BIT);
            webgl.drawArrays(webgl.TRIANGLES, 0, 9);
        }

    </script>
</head>

<body onload="init()">
    <canvas id='myCanvas' width="1024" height='768'></canvas>
</body>

</html>

效果:

复盘:


本文转载自: https://blog.csdn.net/Ian1025/article/details/143300285
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