【WebGL系列-03】获取shader变量地址及赋值

获取shader变量地址及赋值

上一节创建了WebGL程序对象，创建好program对象后，对象中包含顶点着色器和片元着色器，着色器中含有变量，我们需要对其进行赋值后才能够进行绘制。

着色器代码如下：

const VSHADER_SOURCE = /* glsl */`
  attribute vec4 a_Position;
  void main() {
    gl_Position = a_Position;
    gl_PointSize = 10.0;
  }
`;

const FSHADER_SOURCE = /* glsl */`
  void main() {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  }
`;

其中，顶点着色代码VSHADER_SOURCE中定义了一个attribute变量，a_Position，在main函数中将其赋值给GLSL ES的内置变量gl_Position，表示这个顶点所在的位置。

GLSL ES语言中，传入的变量有两种，attribute和uniform。其中，attribute变量只能定义在顶点着色器中，传输的是与顶点有关的数据，而uniform变量可以定义在顶点着色器和片元着色器中，传输的是与顶点无关或者说所有顶点共同使用的值。还有一类变量，varying变量，是用于顶点着色器和片元着色器之间传输数据的。定义varying变量时，需要在顶点着色器和片元着色器中各定义一个名称、类型都相同的变量，并指明为varying变量。

只传入一个数据（不使用缓冲区）

给attribute变量赋值

以示例的shader代码为例，如果我们只打算在指定的位置绘制一个点，那么我们需要做的事就是：找到变量所在的地址，然后给它赋值即可。所以，给一个变量赋值步骤如下：

1. 找到变量所在的地址
2. 给变量赋值

示例代码

const a_Position = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "a_Position");
if (a_Position < 0) {
  console.log("变量a_Position地址查找失败！");
  return;
}
gl.vertexAttrib3f(a_position, 0.0, 0.0, 0.0);

接口

GLint WebGLRenderingContext.getAttribLocation(program, name)

获取attribute变量的地址

• program: WebGLProgram，webgl程序

• name: string，变量名，与shader中的变量名一致

void WebGLRenderingContext.vertexAttrib3f(index, v0, v1, v2)

给顶点着色器中一个attribute变量赋值

index: 变量的地址

v0,v1,v2: 要赋值的值

vertexAttrib3f还有很多同族函数，针对不同类型的变量

• vertexAttrib1f(index, v0)

• vertexAttrib2f(index, v0, v1)

• vertexAttrib3f(index, v0, v1, v2)

• vertexAttrib4f(index, v0, v1, v2, v3)

• vertexAttrib1fv(index, value)

• vertexAttrib2fv(index, value)

• vertexAttrib3fv(index, value)

• vertexAttrib4fv(index, value)

其中，以f结尾的函数表示以浮点数的形式对变量进行赋值，1234表示分量的个数

以fv结尾的函数表示使用一个向量进行赋值，其值为一个Float32Array类型的值，1234表示这个结构化数组中的元素个数。

对变量进行赋值的时候，我们既可以通过浮点数分别对每个分量进行赋值，也可以使用结构化数组对整体赋值。

const a_foobar = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "foobar");
// 对每个分量进行赋值
gl.vertexAttrib3f(a_foobar, 10.0, 5.0, 2.0);

// 使用结构化数组进行赋值
const floatArray = new Float32Array([10.0. 5.0, 2.0]);
gl.vertexAttrib3fv(a_foobar, floatArray);

对于矩阵，实际上是由多个列向量构成的，在计算其位置的时候，可以先获取到矩阵的起始位置，该位置+0，为第一列向量的位置，位置+1，为第二列向量的位置，以此类推，分别对每个列向量进行赋值，完成对整个矩阵的赋值。

/**
 * 想赋值的3x3的矩阵为：
 * 0 1 2
 * 3 4 5
 * 6 7 8
 */
const matrix3x3Location = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "matrix3x3");
gl.vertexAttrib3f(matrix3x3Location, 0, 3, 6);
gl.vertexAttrib3f(matrix3x3Location + 1, 1, 4, 7);
gl.vertexAttrib3f(matrix3x3Location + 2, 2, 5, 8);

对uniform变量的赋值

uniform变量又称为一致变量，一般定义为与顶点无关的变量，即所有顶点保持一致的变量。

首先需要获取uniform变量的位置：

GLIint WebGLRenderingContext.getUniformLocation(program, name)

获取uniform变量的地址

• program: WebGLProgram, webgl程序对象

• name: string，变量名

之后，就可以对这些变量进行赋值

• uniform1f(location, v0)

• uniform2f(location, v0, v1)

• uniform3f(location, v0, v1, v2)

• uniform4f(location, v0, v1, v2, v3)

• uniform1fv(location, value)

• uniform2fv(location, value)

• uniform3fv(location, value)

• uniform4fv(location, value)

• uniform1i(location, v0)

• uniform1i(location, v0, v1)

• uniform1i(location, v0, v1, v2)

• uniform1i(location, v0, v1, v2, v3)

• uniform1iv(location, value)

• uniform2iv(location, value)

• uniform3iv(location, value)

• uniform4iv(location, value)

参数的含义与vertexAttrib[1234][fv]相同，不同的是，uniform变量可以设置整数类型的变量，即将其中的f换成i便代表整数类型，传入的数值类型也为整数。

对于uniform矩阵，有以下三个接口可以使用

• uniformMatrix2fv(location, transpose, value)

• uniformMatrix3fv(location, transpose, value)

• uniformMatrix4fv(location, transpose, value)

其中，location表示uniform变量的地址，transpose为一个GLboolean类型的值，表示是否转置，默认为false，value是一个Float32Array类型的结构化数组，以列主序的方式指定矩阵的值

还有一个函数，用于获取指定位置的uniform变量的值

WebGLRenderingContext.getUniform(program, location)

获取uniform变量的值

• program: WebGLProgram，webgl程序对象

• location: GLint，变量位置，可以由getUniformLocation获取

该函数的返回值跟据变量类型的不同而改变，对应类型如下表：

Uniform类型	返回类型
Uniform type	Returned type
WebGL 1 only
boolean	GLBoolean
int	GLint
float	GLfloat
vec2	Float32Array (with 2 elements)
ivec2	Int32Array (with 2 elements)
bvec2	Array of GLBoolean (with 2 elements)
vec3	Float32Array (with 3 elements)
ivec3	Int32Array (with 3 elements)
bvec3	Array of GLBoolean (with 3 elements)
vec4	Float32Array (with 4 elements)
ivec4	Int32Array (with 4 elements)
bvec4	Array of GLBoolean (with 4 elements)
mat2	Float32Array (with 4 elements)
mat3	Float32Array (with 9 elements)
mat4	Float32Array (with 16 elements)
sampler2D	GLint
samplerCube	GLint
Additionally available in WebGL 2
uint	GLuint
uvec2	Uint32Array (with 2 elements)
uvec3	Uint32Array (with 3 elements)
uvec4	Uint32Array (with 4 elements)
mat2x3	Float32Array (with 6 elements)
mat2x4	Float32Array (with 8 elements)
mat3x2	Float32Array (with 6 elements)
mat3x4	Float32Array (with 12 elements)
mat4x2	Float32Array (with 8 elements)
mat4x3	Float32Array (with 12 elements)
any sampler type	GLint

赋值多个数据（使用缓冲区）

一般情况下，一个图形程序中有很多要绘制的对象，每个对象的位置、颜色等信息都不相同，但是用的是同一份shader源码，此时，如果使用上面的方法给shader中的变量赋值，那么最终渲染的结果会发现所有的东西都是一模一样的。此时，就需要使用缓冲区对每个渲染对象赋值不同的值。

缓冲区可以这么理解，就是开辟一个内存空间，把所有对象的位置信息、颜色信息等各种数据存储起来，当执行到这个对象对应的shader时，从内存中找到这个对象对应的数据，然后对变量进行赋值。这样，每次渲染的时候，每个对象都可以绘制成不同的样子。

使用缓冲区给变量赋值的过程分为如下几步：

• 创建缓冲区对象
• 将缓冲区对象绑定到目标
• 向缓冲区中写入数据
• 找到变量的位置
• 将缓冲区对象分配给变量
• 链接变量与缓冲区对象

示例代码

// 定义顶点数据
let vertices = new Float32Array([
    0.0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5
]);

// 创建顶点缓冲区
let vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
    alert("缓冲区对象创建失败！");
}

// 绑定顶点缓冲区
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
// 绑定顶点数据，并定义绘制方式
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);

// 获取attribute变量地址
let aVertexPosition = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "aVertexPosition");
if (aVertexPosition < 0) {
    alert('查找变量aVertexPosition失败！');
}

// 将缓冲区对象分配给变量
gl.vertexAttribPointer(aVertexPosition, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);
// 链接变量与缓冲区对象
gl.enableVertexAttribArray(aVertexPosition);

接口

WebGLBuffer WebGLRenderingContext.createBuffer()

创建一个buffer对象

void WebGLRenderingContext.bindBuffer(target, buffer)

将一个Buffer对象绑定到目标

• target：GLenum，可以是以下几种：

  • gl.ARRAY_BUFFER，包含顶点属性的buffer，如顶点坐标、纹理坐标数据或顶点颜色数据
  • gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER：用于元素索引的buffer
  • 在webgl2，还可以使用以下值：
    • gl.COPY_READ_BUFFER：从一个buffer对象复制到另一个buffer对象
    • gl.COPY_WRITE_BUFFER：从一个buffer对象复制到另一个buffer对象
    • gl.TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER：buffer for transform feedback operations
    • gl.UNIFORM_BUFFER：用于存储统一块的buffer
    • gl.PIXEL_PACK_BUFFER：用于像素传输操作的buffer
    • gl.PIXEL_UNPACK_BUFFER：用于像素传输操作的buffer

• buffer：要绑定的buffer

webgl1中

void WebGLRenderingContext.bufferData(target, size, usage)

void WebGLRenderingContext.bufferData(target, ArrayBuffer? srcData, usage)

void WebGLRenderingContext.bufferData(target, ArrayBufferView srcData, usage)

webgl2中

void WebGLRenderingContext.bufferData(target, ArrayBufferView srcData, usage, srcOffset, length)

创建并初始化buffer对象的数据存储区

• target: GLenum，指定绑定目标，可以时以下值：

  • gl.ARRAY_BUFFER，包含顶点属性的buffer，如顶点坐标、纹理坐标数据或顶点颜色数据
  • gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER：用于元素索引的buffer
  • 在webgl2，还可以使用以下值：
    • gl.COPY_READ_BUFFER：从一个buffer对象复制到另一个buffer对象
    • gl.COPY_WRITE_BUFFER：从一个buffer对象复制到另一个buffer对象
    • gl.TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER：buffer for transform feedback operations
    • gl.UNIFORM_BUFFER：用于存储统一块的buffer
    • gl.PIXEL_PACK_BUFFER：用于像素传输操作的buffer
    • gl.PIXEL_UNPACK_BUFFER：用于像素传输操作的buffer

• size：GLsizeiptr：设定buffer对象的数据存储区大小

• srcData(optional)：一个ArrayBuffer、SharedArrayBuffer或者ArrayBufferView类型的数组对象，将被复制到buffer的数据存储区，如果为null，数据存储区会被创建，但是不会进行初始化和定义

• usage：GLenum，指定数据存储区的使用方法，可以是以下值：

  • gl.STATIC_DRAW：缓冲区的内容可能经常使用，而不会经常修改，内容被写入缓冲区，但不被读取
  • gl.DYNAMIC_DRAW：缓冲区的内容可能经常被使用，并且经常更改，内容被写入缓冲区，但不被读取
  • gl.STREAM_DRAW：缓冲区的内容可能不会经常使用，内容被写入缓冲区，但不被读取
  • 使用webgl2时，还可以使用以下值：
    • gl.STATIC_READ：缓冲区的内容可能经常使用，而不会经常修改，内容从缓冲区读取，但不写入
    • gl.DYNAMIC_READ：缓冲区的内容可能经常被使用，并且经常更改，内容从缓冲区读取，但不写入
    • gl.STREAM_READ：缓冲区的内容可能不会经常使用，内容从缓冲区读取，但不写入
    • gl.STATIC_COPY：缓冲区的内容可能经常使用，而不会经常修改，内容既不从缓冲区读取，也不写入
    • gl.DYNAMIC_COPY：缓冲区的内容可能经常被使用，并且经常更改，内容既不从缓冲区读取，也不写入
    • gl.STREAM_COPY：缓冲区的内容可能不会经常使用，内容既不从缓冲区读取，也不写入

• srcOffset：GLuint，指定读取缓冲时的初始元素索引偏移量

• length(optional)：GLuint，默认为0

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

告诉显卡从当前绑定的缓冲区中读取顶点数据。

• index：GLuint，指定要修改的顶点的索引

• size：GLint，指定每个顶点属性的组成数量，必须是1，2，3，4之一

• type：GLenum，指定数组中每个元素的数据类型，可以是以下值：

  • gl.BYTE：有符号8位整数，范围[-128, 127]
  • gl.SHORT：有符号16位整数，范围[-32768, 32767]
  • gl.UNSIGNED_BYTE：无符号8位整数，范围[0, 255]
  • gl.UNSIGNED_SHORT：无符号16位整数，范围[0, 65535]
  • gl.FLOAT：32位IEEE标准的浮点数
  • gl.HALF_FLOAT(webgl2)：16位IEEE标准的浮点数

• normalized：GLboolean，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

  • 对于BYTE和SHORT，将归一化到[-1, 1]
  • 对于UNSIGNED_BYTE和UNSIGNED_SHORT，将归一化到[0, 1]
  • 对于FLOAT和HALF_FLOAT，此参数无效

• stride：GLsizei，以字节为单位指定连续顶点属性开始之间的偏移量

• offset：GLintptr，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

void WebGLRenderingContext.enableVertexAttribArray(index)

打开属性数组列表中指定索引处的通用点点属性数组

• index：GLuint，指向要激活的顶点属性

如果要关闭顶点属性数组，可以使用以下接口

void WebGLRenderingContext.disableVertexAttribArray(index)

关闭属性数组列表中指定索引处的通用点属性数组

• index：GLuint，指定要关闭的顶点属性