webgl 系列 —— 绘制一个点（版本2、版本3、版本4、版本5）
2024-09-08 13:16:47
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：
- 点的位置从 js 传入着色器
- 点的大小由 js 传入着色器
- 通过鼠标点击绘点
- 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); 。
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
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：
- 在顶点着色器中声明 attribute 变量
- 在顶点着色器中将声明的 attribute 变量赋值给 gl_Position 变量
- 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：
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
注：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：
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）：
- 在顶点着色器中声明 uniform 变量
- 在顶点着色器中将声明的 uniform 变量赋值给 gl_FragColor 变量
- 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);
})
})
}
注：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
getUniformLocation 与 getAttribLocation 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。
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