WebGL简易教程(六)：第一个三维示例(使用模型视图投影变换)
1. 概述
在上一篇教程《WebGL简易教程(五)：图形变换(模型、视图、投影变换)》中，详细讲解了OpenGL\WebGL关于绘制场景的模型变换、视图变换以及投影变换的过程。不过那篇教程是纯理论知识，这里就具体结合一个实际的例子，进一步理解WebGL中是如何通过图形变换让一个真正的三维场景显示出来。
2. 示例：绘制多个三角形
继续改进之前的代码，这次就更进一步，在一个场景中绘制了三个三角形。
2.1. Triangle_MVPMatrix.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<title>Hello Triangle</title>
</head>
<body onload="main()">
<canvas id="webgl" width="400" height="400">
Please use a browser that supports "canvas"
</canvas>
<script src="../lib/webgl-utils.js"></script>
<script src="../lib/webgl-debug.js"></script>
<script src="../lib/cuon-utils.js"></script>
<script src="../lib/cuon-matrix.js"></script>
<script src="Triangle_MVPMatrix.js"></script>
</body>
</html>
与之间的代码相比，这段代码主要是引入了一个cuon-matrix.js，这个是一个图形矩阵的处理库，能够方便与GLSL进行交互。
2.2. Triangle_MVPMatrix.js
// 顶点着色器程序
var VSHADER_SOURCE =
'attribute vec4 a_Position;\n' + // attribute variable
'attribute vec4 a_Color;\n' +
'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
'varying vec4 v_Color;\n' +
'void main() {\n' +
' gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
' v_Color = a_Color;\n' +
'}\n';
// 片元着色器程序
var FSHADER_SOURCE =
'precision mediump float;\n' +
'varying vec4 v_Color;\n' +
'void main() {\n' +
' gl_FragColor = v_Color;\n' +
'}\n';
function main() {
// 获取 <canvas> 元素
var canvas = document.getElementById('webgl');
// 获取WebGL渲染上下文
var gl = getWebGLContext(canvas);
if (!gl) {
console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
return;
}
// 初始化着色器
if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
console.log('Failed to intialize shaders.');
return;
}
// 设置顶点位置
var n = initVertexBuffers(gl);
if (n < 0) {
console.log('Failed to set the positions of the vertices');
return;
}
//设置MVP矩阵
setMVPMatrix(gl,canvas);
// 指定清空<canvas>的颜色
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
// 开启深度测试
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
// 清空颜色和深度缓冲区
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
// 绘制三角形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, n);
}
//设置MVP矩阵
function setMVPMatrix(gl,canvas) {
// Get the storage location of u_MvpMatrix
var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
if (!u_MvpMatrix) {
console.log('Failed to get the storage location of u_MvpMatrix');
return;
}
//模型矩阵
var modelMatrix = new Matrix4();
modelMatrix.setTranslate(0.75, 0, 0);
//视图矩阵
var viewMatrix = new Matrix4(); // View matrix
viewMatrix.setLookAt(0, 0, 5, 0, 0, -100, 0, 1, 0);
//投影矩阵
var projMatrix = new Matrix4(); // Projection matrix
projMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);
//MVP矩阵
var mvpMatrix = new Matrix4();
mvpMatrix.set(projMatrix).multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix);
//将MVP矩阵传输到着色器的uniform变量u_MvpMatrix
gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
}
//
function initVertexBuffers(gl) {
// 顶点坐标和颜色
var verticesColors = new Float32Array([
0.0, 1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4, //绿色在后
-0.5, -1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,
0.5, -1.0, -4.0, 1.0, 0.4, 0.4,
0.0, 1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4, //黄色在中
-0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4,
0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 0.4, 0.4,
0.0, 1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0, //蓝色在前
-0.5, -1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,
0.5, -1.0, 0.0, 1.0, 0.4, 0.4,
]);
//
var n = 9; // 点的个数
var FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT; //数组中每个元素的字节数
// 创建缓冲区对象
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('Failed to create the buffer object');
return -1;
}
// 将缓冲区对象绑定到目标
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
// 向缓冲区对象写入数据
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesColors, gl.STATIC_DRAW);
//获取着色器中attribute变量a_Position的地址
var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
if (a_Position < 0) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -1;
}
// 将缓冲区对象分配给a_Position变量
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, 0);
// 连接a_Position变量与分配给它的缓冲区对象
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
//获取着色器中attribute变量a_Color的地址
var a_Color = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Color');
if (a_Color < 0) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Color');
return -1;
}
// 将缓冲区对象分配给a_Color变量
gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, FSIZE * 3);
// 连接a_Color变量与分配给它的缓冲区对象
gl.enableVertexAttribArray(a_Color);
// 解除绑定
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
return n;
}
相比之前的代码，主要做了3点改进:
- 数据加入Z值；
- 加入了深度测试；
- MVP矩阵设置；
2.2.1. 数据加入Z值
之前绘制的三角形，只有X坐标和Y坐标，Z值坐标自动补足为默认为0的。在这里会绘制了3个三角形，每个三角形的深度不同。如下代码所示，定义了3个三角形9个点，每个点包含xyz信息和rgb信息：
// 顶点坐标和颜色
var verticesColors = new Float32Array([
0.0, 1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4, //绿色在后
-0.5, -1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,
0.5, -1.0, -4.0, 1.0, 0.4, 0.4,
0.0, 1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4, //黄色在中
-0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4,
0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 0.4, 0.4,
0.0, 1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0, //蓝色在前
-0.5, -1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,
0.5, -1.0, 0.0, 1.0, 0.4, 0.4,
]);
这意味着与着色器传输变量的函数gl.vertexAttribPointer()的参数也得相应的变化。注意要深入理解这个函数每个参数代表的含义：
// ...
// 将缓冲区对象分配给a_Position变量
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, 0);
// ...
// 将缓冲区对象分配给a_Color变量
gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, FSIZE * 3);
2.2.2. 加入深度测试
在默认情况下,WebGL是根据顶点在缓冲区的顺序来进行绘制的，后绘制的图形会覆盖已经绘制好的图形。但是这样往往与实际物体遮挡情况不同，造成一些很怪异的现象，比如远的物体反而遮挡了近的物体。所以WebGL提供了一种深度检测(DEPTH_TEST)的功能，启用该功能就会检测物体（实际是每个像素）的深度，来决定是否绘制。其启用函数为：
除此之外，还应该注意在绘制每一帧之前都应该清除深度缓冲区（depth buffer）。WebGL有多种缓冲区。我们之前用到的与顶点着色器交互的缓冲区对象就是顶点缓冲区，每次重新绘制刷新的就是颜色缓冲区。深度缓冲区记录的就是每个几何图形的深度信息，每绘制一帧，都应清除深度缓冲区：
在本例中的相关代码为：
// ...
// 开启深度测试
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
// 清空颜色和深度缓冲区
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
// ...
2.2.3. MVP矩阵设置
在上一篇教程中提到过，WebGL的任何图形变换过程影响的都是物体的顶点，模型变换、视图变换、投影变换都是在顶点着色器中实现的。由于每个顶点都是要进行模型视图投影变换的，所以可以合并成一个MVP矩阵，将其传入到顶点着色器中的：
//...
'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
'void main() {\n' +
' gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
//...
'}\n';
在函数setMVPMatrix()中，创建了MVP矩阵，并将其传入到着色器：
//设置MVP矩阵
function setMVPMatrix(gl,canvas) {
// Get the storage location of u_MvpMatrix
var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
if (!u_MvpMatrix) {
console.log('Failed to get the storage location of u_MvpMatrix');
return;
}
//模型矩阵
var modelMatrix = new Matrix4();
modelMatrix.setTranslate(0.75, 0, 0);
//视图矩阵
var viewMatrix = new Matrix4(); // View matrix
viewMatrix.setLookAt(0, 0, 5, 0, 0, -100, 0, 1, 0);
//投影矩阵
var projMatrix = new Matrix4(); // Projection matrix
projMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);
//MVP矩阵
var mvpMatrix = new Matrix4();
mvpMatrix.set(projMatrix).multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix);
//将MVP矩阵传输到着色器的uniform变量u_MvpMatrix
gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
}
在上述代码中，依次分别设置了：
- 模型矩阵：X方向上平移了0.75个单位。
- 视图矩阵：视点为(0,0,5)，观察点为(0,0,-100)，上方向为(0,1,0)的观察视角。
- 投影矩阵：垂直张角为30，画图视图的宽高比，近截面距离为1，远截面为100的视锥体。
三者级联，得到MVP矩阵，将其传入到顶点着色器中。
3. 结果
用浏览器打开Triangle_MVPMatrix.html，就会发现浏览器页面显示了一个由远及近，近大远小的三个三角形。如图所示：
4. 参考
本来部分代码和插图来自《WebGL编程指南》。
WebGL简易教程(六)：第一个三维示例(使用模型视图投影变换)的更多相关文章
- WebGL简易教程(十五)：加载gltf模型
目录 1. 概述 2. 实例 2.1. 数据 2.2. 程序 2.2.1. 文件读取 2.2.2. glTF格式解析 2.2.3. 初始化顶点缓冲区 2.2.4. 其他 3. 结果 4. 参考 5. ...
- WebGL简易教程(七)：绘制一个矩形体
目录 1. 概述 2. 示例 2.1. 顶点索引绘制 2.2. MVP矩阵设置 2.2.1. 模型矩阵 2.2.2. 投影矩阵 2.2.3. 视图矩阵 2.2.4. MVP矩阵 3. 结果 4. 参考 ...
- WebGL简易教程——目录
目录 1. 绪论 2. 目录 3. 资源 1. 绪论 最近研究WebGL,看了<WebGL编程指南>这本书,结合自己的专业知识写的一系列教程.之前在看OpenGL/WebGL的时候总是感觉 ...
- WebGL简易教程(八)：三维场景交互
目录 1. 概述 2. 实例 2.1. 重绘刷新 2.2. 鼠标事件调整参数 3. 结果 4. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL简易教程(七):绘制一个矩形体>中,通过一个绘制矩 ...
- WebGL简易教程(九)：综合实例：地形的绘制
目录 1. 概述 2. 实例 2.1. TerrainViewer.html 2.2. TerrainViewer.js 3. 结果 4. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL简易教程(八 ...
- WebGL简易教程(二)：向着色器传输数据
目录 1. 概述 2. 示例:绘制一个点(改进版) 1) attribute变量 2) uniform变量 3) varying变量 3. 结果 4. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL ...
- WebGL简易教程(三)：绘制一个三角形(缓冲区对象)
目录 1. 概述 2. 示例:绘制三角形 1) HelloTriangle.html 2) HelloTriangle.js 3) 缓冲区对象 (1) 创建缓冲区对象(gl.createBuffer( ...
- WebGL简易教程(四)：颜色
目录 1. 概述 2. 示例:绘制三角形 1) 数据的组织 2) varying变量 3. 结果 4. 理解 1) 图形装配和光栅化 2) 内插过程 5. 参考 1. 概述 在上一篇教程<Web ...
- WebGL简易教程(十三)：帧缓存对象(离屏渲染)
目录 1. 概述 2. 示例 2.1. 着色器部分 2.2. 初始化/准备工作 2.2.1. 着色器切换 2.2.2. 帧缓冲区 2.3. 绘制函数 2.3.1. 初始化顶点数组 2.3.2. 传递非 ...
随机推荐
- 边缘缓存模式(Cache-Aside Pattern)
边缘缓存模式(Cache-Aside Pattern),即按需将数据从数据存储加载到缓存中.此模式最大的作用就是提高性能减少不必要的查询. 1 模式 先从缓存查询数据 如果没有命中缓存则从数据存储查询 ...
- Java连载25-方法讲解
一.方法 1.方法的基础语法 (1)例子 //需求1:请编写程序计算10和20的和,并将结果输出 int a = 10; int b = 20; System.out.print(a + " ...
- GitExtensions使用教程
GitExtensions工具使用教程 第一步:安装 1.双击:GitExtensions24703SetupComplete.msi <ignore_js_op> image001.pn ...
- Zookeeper之Leader选举过程
Leader在集群中是一个非常重要的角色,负责了整个事务的处理和调度,保证分布式数据一致性的关键所在.既然Leader在ZooKeeper集群中这么重要所以一定要保证集群在任何时候都有且仅有一个Lea ...
- 【故障公告】再次出现数据库 CPU 居高不下的问题以及找到问题的线索
非常非常抱歉,今天上午的故障又一次给大家带来麻烦了,再次恳请大家的谅解. 在昨天升级阿里云 RDS SQL Server 实例的配置后(详见昨天的博文),万万没有想到,今天上午更高配置的阿里云 RDS ...
- B-xor_2019牛客暑期多校训练营（第四场）
题意 给出n个数组(每组数个数不定),m个询问 l, r, x 序号在区间\([l,r]\)的每个数组是否都可以取出任意个数异或出x 题解 判断一个数组能否异或出x,是简单的线性基问题 判断多个线性基 ...
- POJ - 3436 ACM Computer Factory 网络流
POJ-3436:http://poj.org/problem?id=3436 题意 组配计算机,每个机器的能力为x,只能处理一定条件的计算机,能输出特定的计算机配置.进去的要求有1,进来的计算机这个 ...
- 2018 Petrozavodsk Winter Camp, Yandex Cup
A. Ability Draft solved by RDC 60min start, 148 min AC, 1Y 题意:两只 Dota 队伍,每队 \(n\) 个英雄,英雄一开始无技能,他们需要按 ...
- 树形动态规划 fjutoj-2131 第四集，聚集城市
第四集,聚集城市 TimeLimit:1000MS MemoryLimit:128MB 64-bit integer IO format:%lld Problem Description 在小A ...
- 牛客第五场多校 J plan 思维
链接:https://www.nowcoder.com/acm/contest/143/J来源:牛客网 There are n students going to travel. And hotel ...