西蒙少 发表于 2023-3-6 15:11:32

webgl 系列 —— 三角形

三角形

有人说三维模型的基本单元是三角形。比如复杂的游戏角色,也只是用许多三角形画出来的。
不管上述说法是否属实,本篇先把三角形画出来。
如何绘制一个三角形

鼠标点击绘点示例我们写了这样的代码:
points.forEach(item => {
    gl.vertexAttrib3f(a_Position, item.x, item.y, 0.0);
    gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
})
这种方法一次只能绘制一个点。
比如需要绘制一个三角形,应该是一个连贯的动作。比如在顶点着色器中一次性画三个点,然后用线连接;而不是绘制一个点,在绘制一个点,在绘制一个点...,不应该是零散的
Tip:提前透露 - 只要一次性将三个点绘制出来,其实三角形也就画出来了。
一次性绘制多个顶点可以使用缓冲区对象。
缓冲区对象

可以使用 webgl 中的缓冲区对象(buffer object) 一次性的向着色器传入多个顶点数据。
使用缓冲区对象向顶点着色器传入多个顶点数据,需要如下5个步骤:

[*]创建缓冲区对象
[*]绑定缓冲区对象
[*]写入数据到缓冲区对象
[*]分配缓冲区对象给一个 attribute 变量
[*]开启 attribute 变量
一次绘制三个点

效果


实现

完整代码如下:
// 一次绘制三个点

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

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

function main() {
    const canvas = document.getElementById('webgl');
    const gl = canvas.getContext("webgl");
    if (!gl) {
      console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
      return;
    }

    if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
      console.log('Failed to intialize shaders.');
      return;
    }

    gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

    // 顶点数据
    const vertices = {
      // 顶点数据。Float32Array 当做普通数组,对应 C 语言的 float
      data: new Float32Array([
            0.0, 0.5,
            -0.5, -0.5,
            0.5, -0.5
      ]),
      // 顶点数
      vertexNumber: 3,
      // 每个顶点分量数,例如第一个点(0.0, 0.5)
      count: 2,
    }

    // 将顶点的位置写入顶点着色器
    initVertexBuffers(gl, vertices)

    // gl.drawArrays(mode, first, count)
    // 还是画点(gl.POINTS),从缓冲区的第一个位置(0)开始画,绘制3(vertices.vertexNumber)个点
    gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, vertices.vertexNumber);
}

// 将三个顶点通过缓冲对象一次写入着色器
function initVertexBuffers(gl, {data, count}) {
    // 1. 创建缓冲区对象
    const vertexBuffer = gl.createBuffer();
    if (!vertexBuffer) {
      console.log('创建缓冲区对象失败');
      return -1;
    }

    // 绑定缓冲区对象绑定到`目标`。只能通过目标向缓冲区写数据
    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);

    // 将数据写入缓冲区
    gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);

    const 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;
    }

    // 将整个缓冲区对象分配给 atttibute(a_Position) 变量
    gl.vertexAttribPointer(a_Position, count, gl.FLOAT, false, 0, 0);

    // 激活 attribute 变量,使缓冲区对 attribute 变量分配生效
    gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
}通过 initVertexBuffers() 将3个顶点分配给 attribute 变量,执行 gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, vertices.vertexNumber) 时,顶点着色器执行了3次。顶点着色器执行过程和缓冲区数据传入过程如下:

绘制出所有点后,颜色缓冲区的内容就会自动显示在浏览器中。
initVertexBuffers() 里面涉及了许多概念和api,请往下阅读。
Float32Array

绘制三维图形 webgl 需要处理大量相同的数据,例如顶点坐标。为了优化性能,就引入了一种特殊的数组(类型化数组),浏览器事先知道数组中的数据类型,处理起来就更有效率。
Float32Array 就是其中一种类型化数组,通常用于存储顶点坐标或颜色。
Tip: webgl 中很多操作都需要用到类型化数组。
webgl 中有如下类型化数组:
数组类型每个元素所占字节数对应C语言的数据类型Int8Array18 位有符号整数Uint8Array18 位无符号整型Int16Array216 位有符号整数Uint16Array216 位无符号整型Int32Array432 位有符号的整型Uint32Array432 位无符号的整型Float32Array432 位的浮点数 floatFloat64Array864 位的浮点数 doublebindBuffer

gl.bindBuffer(target, buffer) - 绑定缓冲区。例如示例中的: gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
为什么要将绑定缓冲区对象?不能直接向缓冲区写入数据,只能通过目标写入数据。就像这样:

目标表示缓冲区的用途。例如这里的 gl.ARRAY_BUFFER 指包含顶点属性(例如顶点坐标、纹理坐标数据或顶点颜色数据)的缓冲区。
bufferData

gl.bufferData(target, size, usage) - 将数据写入缓冲区。例如示例中的:gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);
gl.STATIC_DRAW 是 usage 中的一种,指缓冲区的内容可能经常使用,而不会经常更改。内容被写入缓冲区,但不被读取。
此方法执行后,webgl 系统内部状态如下:

vertexAttribPointer

g.vertexAttribPointer(index, size, type, normalized, stride, offset) - 将整个缓冲区对象分配给 atttibute 变量。
例如示例中的:
// count - 指定缓冲区每个顶点的分量个数,缺少则按照 vertexAttrib3f 的补全方式
// gl.FLOAT 与上文的 Float32Array 对应
// normalized - 对于类型gl.FLOAT和gl.HALF_FLOAT,此参数无效
// stride - 指定相邻两个顶点间的字节数。默认为0
// offset - 指定缓冲区对象中的偏移量。即attribute 从缓冲区何处开始存储
gl.vertexAttribPointer(a_Position, count, gl.FLOAT, false, 0, 0);此方法执行后,webgl 系统内部状态如下:

疑惑: 说vertexAttribPointer最后一个参数(offset)必须是类型的字节长度的倍数。尝试将 0 改成 4,效果却是:

enableVertexAttribArray

gl.enableVertexAttribArray(index) - 激活 attribute 变量,使缓冲区对 attribute 变量分配生效。
此方法执行后,webgl 系统内部状态如下:

drawArrays

gl.drawArrays(mode, first, count) - 执行顶点着色器,按照 mode 指定的参数绘制图形。first 指定从哪个点开始绘制,count 指绘制需要几个点。
能绘制的图形有:

Tip: drawArrays 更多细节请看这里
三角形

只要一次性将三个点绘制出来,其实三角形也就画出来了。
修改上面示例一行代码就好(gl.POINTS -> gl.LINE_LOOP):
// 前
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, vertices.vertexNumber);

// 后
gl.drawArrays(gl.LINE_LOOP, 0, vertices.vertexNumber);效果如下:

矩形

效果如下:

核心代码如下:
    // 定义四个点
    const vertices = {
      data: new Float32Array([
            -0.5, 0.5,
            -0.5, -0.5,
            0.5, 0.5,
            0.5, -0.5,
      ]),
      // 顶点数
      vertexNumber: 4,
      count: 2,
    }

    initVertexBuffers(gl, vertices)
    // TRIANGLE_STRIP
    gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, vertices.vertexNumber);Tip:四个点的顺序有要求
三角扇

效果如下:

在矩形的基础上,改为 gl.TRIANGLE_FAN 即可。
Tip:GL_TRIANGLE_FAN - 绘制各三角形形成一个扇形序列,以 v0 为起点:(v0, v1, v2)、(v0, v2, v3)、(v0, v3, v4)

来源:https://www.cnblogs.com/pengjiali/p/17183771.html
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