WebGL编程指南案例解析之平移和旋转的矩阵实现
手写各种矩阵:
//矩阵
var vShader = `
attribute vec4 a_Position;
uniform mat4 u_xformMatrix;
void main(){
gl_Position = u_xformMatrix * a_Position;
}
`;
var fShader = `
void main(){
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`; function main(){
//获取canvas元素
var canvas = document.getElementById('webgl');
//获取webgl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,fShader)){
console.log('Failed to initialize shaders.');
return;
}
var n = initVertexBuffers(gl);
if(n < ){
console.log('Failed to set the positions of the vertices!');
return;
}
//用指定颜色填充webgl容器,就是设置背景
gl.clearColor(0.4, 0.5, 0.0, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); /*手动写各种矩阵*/
var ANGLE = 180.0;
var radian = Math.PI * ANGLE / 180.0;
var cosB = Math.cos(radian),sinB = Math.sin(radian);
//旋转矩阵
var transform = [
cosB,-sinB,0.0,0.0,
sinB,cosB,0.0,0.0,
0.0,0.0,1.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,1.0
];
//平移矩阵
var transform = [
1.0,0.0,0.0,0.5,
0.0,1.0,0.0,0.5,
0.0,0.0,1.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,1.0
];
//旋转+平移矩阵
var transform = [
cosB,-sinB,0.0,0.5,
sinB,cosB,0.0,0.5,
0.0,0.0,1.0,0.0,
0.0,0.0,0.0,1.0
];
//缩放矩阵
var Sx = 0.5,Sy = 0.5,Sz = 0.5;
var transform = [
Sx,0.0,0.0,0.0,
0.0,Sy,0.0,0.0,
0.0,0.0,Sz,0.0,
0.0,0.0,0.0,1.0
];
//将行主序矩阵转化为列主序矩阵(webgl只支持列主序矩阵)
var xformMatrix = new Float32Array(rTc(transform));
//至此,适用于顶点着色器的变化矩阵已经写好 /*行主序转为列主序(webgl是列主序的)*/
function rTc(arr){
var size = arr.length/;
var newarr = [];
for (var i = ; i < size; i++) {
newarr.push(arr[i]);
newarr.push(arr[+i]);
newarr.push(arr[+i]);
newarr.push(arr[+i]);
}
return newarr;
} var u_xformMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program,'u_xformMatrix');
gl.uniformMatrix4fv(u_xformMatrix,false,xformMatrix);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES,,n); function initVertexBuffers(gl){
var vertices = new Float32Array([
0.0,0.5,-0.5,-0.5,0.5,-0.5
]);
var n = ;//点的个数 //创建缓冲区对象
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if(!vertexBuffer){
console.log('Failed to create the buffer object!');
return -;
} //将缓冲区对象绑定到目标ARRAY_BUFFER
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexBuffer);
//往ARRAY_BUFFER
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,vertices,gl.STATIC_DRAW); //获取shaderProgram中attribute变量‘a_Position’的地址
var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program,'a_Position');
if (a_Position < ) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -;
}
//将缓冲区对象分配给a_Position变量
gl.vertexAttribPointer(a_Position,,gl.FLOAT,false,,);
//开启着色器对缓冲区数据的访问
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
return n;
}
} main();
利用webgl编程指南作者提供的矩阵库:
//矩阵
var vShader = `
attribute vec4 a_Position;
uniform mat4 u_xformMatrix;
void main(){
gl_Position = u_xformMatrix * a_Position;
}
`;
var fShader = `
void main(){
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`; function main(){
//获取canvas元素
var canvas = document.getElementById('webgl');
//获取webgl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,fShader)){
console.log('Failed to initialize shaders.');
return;
}
var n = initVertexBuffers(gl);
if(n < ){
console.log('Failed to set the positions of the vertices!');
return;
}
//用指定颜色填充webgl容器,就是设置背景
gl.clearColor(0.4, 0.5, 0.0, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); var ANGLE = 180.0;
var xformMatrix = new Matrix4();
//设置旋转矩阵,旋转轴为(0,0,1),即Z轴
xformMatrix.setRotate(ANGLE,,,);
xformMatrix.translate(0.5,,);
//先设置旋转矩阵,在此基础上乘以平移矩阵
//最后结果是 旋转矩阵x平移矩阵,就是先平移再旋转 // xformMatrix.setTranslate(0.5,0,0);
// xformMatrix.rotate(ANGLE,0,0,1);
//先设置平移矩阵,在此基础上乘以旋转矩阵
//最后结果是 平移矩阵x旋转矩阵,就是先旋转再平移
gl.uniformMatrix4fv(u_xformMatrix,false,xformMatrix.elements);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES,,n); function initVertexBuffers(gl){
var vertices = new Float32Array([
0.0,0.5,-0.5,-0.5,0.5,-0.5
]);
var n = ;//点的个数 //创建缓冲区对象
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if(!vertexBuffer){
console.log('Failed to create the buffer object!');
return -;
} //将缓冲区对象绑定到目标ARRAY_BUFFER
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexBuffer);
//往ARRAY_BUFFER
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,vertices,gl.STATIC_DRAW); //获取shaderProgram中attribute变量‘a_Position’的地址
var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program,'a_Position');
if (a_Position < ) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -;
}
//将缓冲区对象分配给a_Position变量
gl.vertexAttribPointer(a_Position,,gl.FLOAT,false,,);
//开启着色器对缓冲区数据的访问
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
return n;
}
} main();
在顶点着色器中,我们添加了一个矩阵参数,通过变化矩阵来改变顶点的坐标,替代了之前的复杂的运算,关于矩阵:
矩阵运算:

平移矩阵:

旋转矩阵:


注意:
①webGL中矩阵是列主序的,但是我们通常接触的高数中的矩阵都是行主序的,行主序的矩阵看上去也比较符合人的习惯,所以我们在这里,手写矩阵的时候,写成行主序,但是传给webGL的时候,要将其转化为列主序的,文中已经列出了我自己编写的转化函数:
/*行主序转为列主序(webgl是列主序的)*/
function rTc(arr){
var size = arr.length/;
var newarr = [];
for (var i = ; i < size; i++) {
newarr.push(arr[i]);
newarr.push(arr[+i]);
newarr.push(arr[+i]);
newarr.push(arr[+i]);
}
return newarr;
}
②在矩阵库的帮助下,我们写起矩阵尤为方便,但要注意,关于set***和不加set前缀的方法的区别
set***为一个矩阵对象初始化一个矩阵M1,多次set***的话,结果只包含最后一次set的矩阵;
不加set的方法,在原先初始化了矩阵的矩阵基础上M1 x M2,多个的结果是M1 x M2 x M3 x......注意顺序;
矩阵乘法不适用交换律,所以先后顺序不同的话,最终效果也会不一样,文中注释已说明。
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