WebGL - 几何体

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获取 WebGL 上下文后，您必须定义基本图形（您要绘制的对象）的几何体并将其存储。在 WebGL 中，我们使用 JavaScript 数组定义几何体的详细信息，例如顶点、索引、基本图形的颜色。为了将这些详细信息传递给着色器程序，我们必须创建缓冲区对象并将包含数据的 JavaScript 数组存储（附加）到相应的缓冲区中。

注意：稍后，这些缓冲区对象将与着色器程序（顶点着色器）的属性关联。

定义所需的几何体

使用顶点绘制的 2D 或 3D 模型称为网格。网格中的每个面称为多边形，多边形由 3 个或更多个顶点组成。

要在 WebGL 渲染上下文中绘制模型，您必须使用 JavaScript 数组定义顶点和索引。例如，如果我们想要创建一个位于坐标 {(5,5), (-5,5), (-5,-5)} 上的三角形，如所示，则可以为顶点创建一个数组，如下所示：

var vertices = [
   0.5,0.5,    //Vertex 1
   0.5,-0.5,   //Vertex 2
   -0.5,-0.5,  //Vertex 3
]; 

同样，您可以为索引创建一个数组。上述三角形的索引将为 [0, 1, 2]，可以定义为：

var indices = [ 0,1,2 ]

为了更好地理解索引，请考虑更复杂的模型，如正方形。我们可以将正方形表示为两个三角形的集合。如果 (0,3,1) 和 (3,1,2) 是我们打算用来绘制正方形的两个三角形，则索引将定义为：

var indices = [0,3,1,3,1,2];

注意：

为了绘制基本图形，WebGL 提供了以下两种方法：

• drawArrays() - 使用此方法时，我们使用 JavaScript 数组传递基本图形的顶点。

• drawElements() - 使用此方法时，我们使用 JavaScript 数组传递基本图形的顶点和索引。

缓冲区对象

缓冲区对象是 WebGL 提供的一种机制，它指示系统中分配的内存区域。在这些缓冲区对象中，您可以存储要绘制的模型的数据，对应于顶点、索引、颜色等。

使用这些缓冲区对象，您可以通过其属性变量之一将多个数据传递给着色器程序（顶点着色器）。由于这些缓冲区对象驻留在 GPU 内存中，因此可以对其进行直接渲染，从而提高性能。

为了处理几何体，有两种类型的缓冲区对象。它们是：

• 顶点缓冲区对象 (VBO) - 它保存要渲染的图形模型的每个顶点数据。我们在 WebGL 中使用顶点缓冲区对象来存储和处理有关顶点的数据，例如顶点坐标、法线、颜色和纹理坐标。

• 索引缓冲区对象 (IBO) - 它保存要渲染的图形模型的索引（索引数据）。

定义所需的几何体并将其存储在 JavaScript 数组中后，您需要将这些数组传递给缓冲区对象，然后数据将传递给着色器程序。要将数据存储在缓冲区中，需要遵循以下步骤。

• 创建一个空缓冲区。

• 将适当的数组对象绑定到空缓冲区。

• 使用类型化数组之一将数据（顶点/索引）传递给缓冲区。

• 取消绑定缓冲区（可选）。

创建缓冲区

要创建空缓冲区对象，WebGL 提供了一个名为createBuffer()的方法。如果创建成功，此方法将返回一个新创建的缓冲区对象；否则，如果失败，则返回空值。

WebGL 作为状态机运行。创建缓冲区后，任何后续缓冲区操作都将在当前缓冲区上执行，直到我们取消绑定它。使用以下代码创建缓冲区：

var vertex_buffer = gl.createBuffer();

注意 - gl 是当前 WebGL 上下文的引用变量。

绑定缓冲区

创建空缓冲区对象后，您需要将适当的数组缓冲区（目标）绑定到它。WebGL 提供了一个名为bindBuffer()的方法来实现此目的。

语法

bindBuffer()方法的语法如下：

void bindBuffer (enum target, Object buffer)

此方法接受两个参数，下面将对它们进行讨论。

target - 第一个变量是枚举值，表示我们要绑定到空缓冲区的缓冲区类型。您有两个预定义的枚举值可供此参数选择。它们是：

• ARRAY_BUFFER 表示顶点数据。

• ELEMENT_ARRAY_BUFFER 表示索引数据。

Object buffer - 第二个是上一步中创建的缓冲区对象的引用变量。引用变量可以是顶点缓冲区对象或索引缓冲区对象的引用变量。

示例

以下代码片段显示了如何使用 bindBuffer() 方法。

//vertex buffer
var vertex_buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertex_buffer);

//Index buffer
var Index_Buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, index_buffer);

将数据传递到缓冲区

下一步是将数据（顶点/索引）传递到缓冲区。到目前为止，数据采用数组的形式，在将其传递到缓冲区之前，我们需要将其包装在 WebGL 类型化数组之一中。WebGL 提供了一个名为bufferData()的方法来实现此目的。

语法

bufferData() 方法的语法如下：

void bufferData (enum target, Object data, enum usage)

此方法接受三个参数，下面将对它们进行讨论：

target - 第一个参数是枚举值，表示我们使用的数组缓冲区类型。此参数的选项为：

• ARRAY_BUFFER 表示顶点数据。

• ELEMENT_ARRAY_BUFFER 表示索引数据。

Object data - 第二个参数是包含要写入缓冲区对象的数据的对象值。这里我们必须使用类型化数组传递数据。

Usage - 此方法的第三个参数是一个枚举变量，指定如何使用缓冲区对象数据（存储的数据）来绘制图形。此参数有三个选项，如下所示。

• gl.STATIC_DRAW - 数据将指定一次并使用多次。

• gl.STREAM_DRAW - 数据将指定一次并使用几次。

• gl.DYNAMIC_DRAW - 数据将重复指定并使用多次。

示例

以下代码片段显示了如何使用bufferData()方法。假设 vertices 和 indices 分别是保存顶点和索引数据的数组。

//vertex buffer
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);

//Index buffer
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(indices), gl.STATIC_DRAW);

类型化数组

WebGL 提供了一种称为类型化数组的特殊类型的数组，用于传输索引顶点和纹理等数据元素。这些类型化数组存储大量数据并以本机二进制格式处理它们，从而提高性能。WebGL 使用的类型化数组有 Int8Array、Uint8Array、Int16Array、Uint16Array、Int32Array、UInt32Array、Float32Array 和 Float64Array。

注意

• 通常，为了存储顶点数据，我们使用Float32Array；为了存储索引数据，我们使用Uint16Array。

• 您可以像使用 JavaScript 数组一样使用new关键字创建类型化数组。

取消绑定缓冲区

建议您在使用完缓冲区后取消绑定它们。这可以通过在缓冲区对象的位置传递空值来完成，如下所示。

gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, null);

WebGL 提供了以下方法来执行缓冲区操作：