WebGL进阶（四）-视点和视线

embedded/2024/10/30 19:48:16/

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。

javascript">// 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

javascript">//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

javascript">/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

javascript">//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.BYTE和gl.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_BYTE和gl.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.FLOAT和gl.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() 和 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。

javascript">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);debuggerViewMatrix = 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);debuggerViewMatrix =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);debuggermodelView = 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： 


http://www.ppmy.cn/embedded/133686.html

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