WebGL - 基础

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WebGL 主要是一个低级光栅化 API，而不是一个 3D API。要使用 WebGL 绘制图像，您必须传递一个表示图像的向量。然后，它使用 OpenGL SL 将给定的向量转换为像素格式，并在屏幕上显示图像。编写 WebGL 应用程序涉及一系列步骤，我们将在本章中解释这些步骤。

WebGL - 坐标系

就像任何其他 3D 系统一样，您将在 WebGL 中拥有 x、y 和 z 轴，其中 z 轴表示深度。WebGL 中的坐标限制在 (1, 1, 1) 和 (-1, -1, - 1)。这意味着 - 如果您将屏幕投影 WebGL 图形视为一个立方体，则立方体的一个角将是 (1, 1, 1)，而相对的角将是 (-1, -1, -1)。WebGL 不会显示绘制在这些边界之外的任何内容。

下图描绘了 WebGL 坐标系。z 轴表示深度。z 的正值表示对象靠近屏幕/观察者，而 z 的负值表示对象远离屏幕。同样，x 的正值表示对象位于屏幕右侧，而负值表示对象位于左侧。类似地，y 的正值和负值表示对象位于屏幕的顶部还是底部。

WebGL 图形

获取画布对象的 WebGL 上下文后，您可以使用 JavaScript 中的 WebGL API 开始绘制图形元素。

在开始使用 WebGL 之前，您需要了解一些基本术语。

顶点

通常，要绘制诸如多边形之类的对象，我们会在平面上标记点并将它们连接起来以形成所需的多边形。顶点是一个点，它定义了 3D 对象边缘的连接。它由三个浮点值表示，每个值分别表示 x、y、z 轴。

示例

在以下示例中，我们正在绘制一个具有以下顶点的三角形： (0.5, 0.5)、(-0.5, 0.5)、(-0.5, -0.5)。

注意 - 我们必须使用 JavaScript 数组手动存储这些顶点，并将它们传递给使用顶点缓冲区的 WebGL 渲染管道。

索引

在 WebGL 中，数值用于标识顶点。这些数值称为索引。这些索引用于在 WebGL 中绘制网格。

注意 - 就像顶点一样，我们使用 JavaScript 数组存储索引，并将它们传递给使用索引缓冲区的 WebGL 渲染管道。

数组

与 OpenGL 和 JoGL 不同，WebGL 中没有预定义的方法可以直接渲染顶点。我们必须使用 JavaScript 数组手动存储它们。

示例

var vertices = [ 0.5, 0.5, 0.1,-0.5, 0.5,-0.5] 

缓冲区

缓冲区是 WebGL 的内存区域，用于保存数据。有各种缓冲区，例如绘制缓冲区、帧缓冲区、顶点缓冲区和索引缓冲区。顶点缓冲区和索引缓冲区用于描述和处理模型的几何体。

顶点缓冲区对象存储有关顶点的数据，而索引缓冲区对象存储有关索引的数据。将顶点存储到数组后，我们使用这些缓冲区对象将它们传递给 WegGL 图形管道。

帧缓冲区是图形内存的一部分，用于保存场景数据。此缓冲区包含诸如表面的宽度和高度（以像素为单位）、每个像素的颜色、深度和模板缓冲区等详细信息。

网格

要绘制 2D 或 3D 对象，WebGL API 提供了两种方法，即drawArrays() 和drawElements()。这两种方法都接受一个名为mode的参数，您可以使用该参数选择要绘制的对象。此字段提供的选项仅限于点、线和三角形。

要使用这两种方法绘制 3D 对象，我们必须使用点、线或三角形构造一个或多个基本多边形。此后，使用这些基本多边形，我们可以形成一个网格。

使用基本多边形绘制的 3D 对象称为网格。WebGL 提供了几种绘制 3D 图形对象的方法，但是用户通常更喜欢绘制网格。

示例

在以下示例中，您可以观察到我们使用两个三角形绘制了一个正方形→ {1, 2, 3} 和 {4, 1, 3}。

着色器程序

我们通常使用三角形来构造网格。由于 WebGL 使用 GPU 加速计算，因此有关这些三角形的信息应从 CPU 传输到 GPU，这需要大量的通信开销。

WebGL 提供了一种减少通信开销的解决方案。由于它使用在 GPU 上运行的 ES SL（嵌入式系统着色语言），因此我们编写所有所需的程序以使用着色器程序（我们使用 OpenGL ES 着色语言/GLSL 编写的程序）在客户端系统上绘制图形元素。

这些着色器是 GPU 的程序，用于编写着色器程序的语言是 GLSL。在这些着色器中，我们精确定义了顶点、变换、材质、灯光和相机如何相互交互以创建特定图像。

简而言之，它是一个实现算法以获取网格像素的代码片段。我们将在后面的章节中详细讨论着色器。着色器有两种类型：顶点着色器和片段着色器。

顶点着色器

Vertext 着色器是在每个顶点上调用的程序代码。它用于将几何体（例如三角形）从一个位置变换（移动）到另一个位置。它处理每个顶点的数据（每个顶点数据），例如顶点坐标、法线、颜色和纹理坐标。

在顶点着色器的ES GL 代码中，程序员必须定义属性来处理数据。这些属性指向用 JavaScript 编写的顶点缓冲区对象。

可以使用顶点着色器执行以下任务：

• 顶点变换
• 法线变换和归一化
• 纹理坐标生成
• 纹理坐标变换
• 灯光
• 颜色材质应用

片段着色器（像素着色器）

网格由多个三角形组成，每个三角形的表面称为片段。片段着色器是在每个片段的所有像素上运行的代码。它被编写用于计算和填充单个像素上的颜色。

可以使用片段着色器执行以下任务：

• 插值值上的运算
• 纹理访问
• 纹理应用
• 雾
• 颜色求和

OpenGL ES SL 变量

OpenGL ES SL 的全称是 OpenGL 嵌入式系统着色语言。为了处理着色器程序中的数据，ES SL 提供了三种类型的变量。如下所示：

• 属性 - 这些变量保存顶点着色器程序的输入值。属性指向包含每个顶点数据的顶点缓冲区对象。每次调用顶点着色器时，属性都会指向不同顶点的 VBO。

• 统一变量 - 这些变量保存顶点和片段着色器共有的输入数据，例如灯光位置、纹理坐标和颜色。

• 变化量 - 这些变量用于将数据从顶点着色器传递到片段着色器。

有了这些基础知识，我们现在将继续讨论图形流水线。