WebGL简易教程(六)：第一个三维示例(使用模型视图投影变换)

目录

  • 1. 概述
  • 2. 示例：绘制多个三角形
    • 2.1. Triangle_MVPMatrix.html
    • 2.2. Triangle_MVPMatrix.js
      • 2.2.1. 数据加入Z值
      • 2.2.2. 加入深度测试
      • 2.2.3. MVP矩阵设置
  • 3. 结果
  • 4. 参考

1. 概述

在上一篇教程《WebGL简易教程(五)：图形变换(模型、视图、投影变换)》中，详细讲解了OpenGL\WebGL关于绘制场景的模型变换、视图变换以及投影变换的过程。不过那篇教程是纯理论知识，这里就具体结合一个实际的例子，进一步理解WebGL中是如何通过图形变换让一个真正的三维场景显示出来。

2. 示例：绘制多个三角形

继续改进之前的代码，这次就更进一步，在一个场景中绘制了三个三角形。

2.1. Triangle_MVPMatrix.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>Hello Triangle</title>
  </head>

  <body onload="main()">
    <canvas id="webgl" width="400" height="400">
    Please use a browser that supports "canvas"
    </canvas>

    <script src="../lib/webgl-utils.js"></script>
    <script src="../lib/webgl-debug.js"></script>
    <script src="../lib/cuon-utils.js"></script>
    <script src="../lib/cuon-matrix.js"></script>
    <script src="Triangle_MVPMatrix.js"></script>
  </body>
</html>

与之间的代码相比，这段代码主要是引入了一个cuon-matrix.js，这个是一个图形矩阵的处理库，能够方便与GLSL进行交互。

2.2. Triangle_MVPMatrix.js

// 顶点着色器程序
var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' + // attribute variable
  'attribute vec4 a_Color;\n' +
  'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
  '  v_Color = a_Color;\n' +
  '}\n';

// 片元着色器程序
var FSHADER_SOURCE =
  'precision mediump float;\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = v_Color;\n' +
  '}\n';

function main() {
  // 获取 <canvas> 元素
  var canvas = document.getElementById('webgl');

  // 获取WebGL渲染上下文
  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_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
    console.log('Failed to intialize shaders.');
    return;
  }

  // 设置顶点位置
  var n = initVertexBuffers(gl);
  if (n < 0) {
    console.log('Failed to set the positions of the vertices');
    return;
  }

  //设置MVP矩阵
  setMVPMatrix(gl,canvas);

  // 指定清空<canvas>的颜色
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

  // 开启深度测试
  gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

  // 清空颜色和深度缓冲区
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

  // 绘制三角形
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, n);
}

//设置MVP矩阵
function setMVPMatrix(gl,canvas) {
  // Get the storage location of u_MvpMatrix
  var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
  if (!u_MvpMatrix) {
    console.log('Failed to get the storage location of u_MvpMatrix');
    return;
  }

  //模型矩阵
  var modelMatrix = new Matrix4();
  modelMatrix.setTranslate(0.75, 0, 0);

  //视图矩阵
  var viewMatrix = new Matrix4();  // View matrix
  viewMatrix.setLookAt(0, 0, 5, 0, 0, -100, 0, 1, 0);

  //投影矩阵
  var projMatrix = new Matrix4();  // Projection matrix
  projMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);

  //MVP矩阵
  var mvpMatrix = new Matrix4();
  mvpMatrix.set(projMatrix).multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix);

  //将MVP矩阵传输到着色器的uniform变量u_MvpMatrix
  gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
}

//
function initVertexBuffers(gl) {
  // 顶点坐标和颜色
  var verticesColors = new Float32Array([
    0.0, 1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,  //绿色在后
    -0.5, -1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,
    0.5, -1.0, -4.0, 1.0, 0.4, 0.4,

    0.0, 1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4, //黄色在中
    -0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4,
    0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 0.4, 0.4,

    0.0, 1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,  //蓝色在前
    -0.5, -1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,
    0.5, -1.0, 0.0, 1.0, 0.4, 0.4,
  ]);

  //
  var n = 9; // 点的个数
  var FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;   //数组中每个元素的字节数

  // 创建缓冲区对象
  var vertexBuffer = gl.createBuffer();
  if (!vertexBuffer) {
    console.log('Failed to create the buffer object');
    return -1;
  }

  // 将缓冲区对象绑定到目标
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
  // 向缓冲区对象写入数据
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesColors, gl.STATIC_DRAW);

  //获取着色器中attribute变量a_Position的地址
  var 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;
  }
  // 将缓冲区对象分配给a_Position变量
  gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, 0);

  // 连接a_Position变量与分配给它的缓冲区对象
  gl.enableVertexAttribArray(a_Position);

  //获取着色器中attribute变量a_Color的地址
  var a_Color = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Color');
  if (a_Color < 0) {
    console.log('Failed to get the storage location of a_Color');
    return -1;
  }
  // 将缓冲区对象分配给a_Color变量
  gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, FSIZE * 3);
  // 连接a_Color变量与分配给它的缓冲区对象
  gl.enableVertexAttribArray(a_Color);

  // 解除绑定
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);

  return n;
}

相比之前的代码，主要做了3点改进:

  1. 数据加入Z值；
  2. 加入了深度测试；
  3. MVP矩阵设置；

2.2.1. 数据加入Z值

之前绘制的三角形，只有X坐标和Y坐标，Z值坐标自动补足为默认为0的。在这里会绘制了3个三角形，每个三角形的深度不同。如下代码所示，定义了3个三角形9个点，每个点包含xyz信息和rgb信息：

  // 顶点坐标和颜色
  var verticesColors = new Float32Array([
    0.0, 1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,  //绿色在后
    -0.5, -1.0, -4.0, 0.4, 1.0, 0.4,
    0.5, -1.0, -4.0, 1.0, 0.4, 0.4,

    0.0, 1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4, //黄色在中
    -0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 1.0, 0.4,
    0.5, -1.0, -2.0, 1.0, 0.4, 0.4,

    0.0, 1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,  //蓝色在前
    -0.5, -1.0, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,
    0.5, -1.0, 0.0, 1.0, 0.4, 0.4,
  ]);

这意味着与着色器传输变量的函数gl.vertexAttribPointer()的参数也得相应的变化。注意要深入理解这个函数每个参数代表的含义：

  // ...

  // 将缓冲区对象分配给a_Position变量
  gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, 0);

  // ...
  // 将缓冲区对象分配给a_Color变量
  gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, FSIZE * 3);

2.2.2. 加入深度测试

在默认情况下,WebGL是根据顶点在缓冲区的顺序来进行绘制的，后绘制的图形会覆盖已经绘制好的图形。但是这样往往与实际物体遮挡情况不同，造成一些很怪异的现象，比如远的物体反而遮挡了近的物体。所以WebGL提供了一种深度检测(DEPTH_TEST)的功能，启用该功能就会检测物体（实际是每个像素）的深度，来决定是否绘制。其启用函数为：

除此之外，还应该注意在绘制每一帧之前都应该清除深度缓冲区（depth buffer）。WebGL有多种缓冲区。我们之前用到的与顶点着色器交互的缓冲区对象就是顶点缓冲区，每次重新绘制刷新的就是颜色缓冲区。深度缓冲区记录的就是每个几何图形的深度信息，每绘制一帧，都应清除深度缓冲区：

在本例中的相关代码为：

  // ...

  // 开启深度测试
  gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

  // 清空颜色和深度缓冲区
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

  // ...

2.2.3. MVP矩阵设置

在上一篇教程中提到过，WebGL的任何图形变换过程影响的都是物体的顶点，模型变换、视图变换、投影变换都是在顶点着色器中实现的。由于每个顶点都是要进行模型视图投影变换的，所以可以合并成一个MVP矩阵，将其传入到顶点着色器中的：

  //...
  'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
  //...
  '}\n';

在函数setMVPMatrix()中，创建了MVP矩阵，并将其传入到着色器：

//设置MVP矩阵
function setMVPMatrix(gl,canvas) {
  // Get the storage location of u_MvpMatrix
  var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
  if (!u_MvpMatrix) {
    console.log('Failed to get the storage location of u_MvpMatrix');
    return;
  }

  //模型矩阵
  var modelMatrix = new Matrix4();
  modelMatrix.setTranslate(0.75, 0, 0);

  //视图矩阵
  var viewMatrix = new Matrix4();  // View matrix
  viewMatrix.setLookAt(0, 0, 5, 0, 0, -100, 0, 1, 0);

  //投影矩阵
  var projMatrix = new Matrix4();  // Projection matrix
  projMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);

  //MVP矩阵
  var mvpMatrix = new Matrix4();
  mvpMatrix.set(projMatrix).multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix);

  //将MVP矩阵传输到着色器的uniform变量u_MvpMatrix
  gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
}

在上述代码中，依次分别设置了：

  • 模型矩阵：X方向上平移了0.75个单位。
  • 视图矩阵：视点为(0,0,5)，观察点为(0,0,-100)，上方向为(0,1,0)的观察视角。
  • 投影矩阵：垂直张角为30，画图视图的宽高比，近截面距离为1，远截面为100的视锥体。

三者级联，得到MVP矩阵，将其传入到顶点着色器中。

3. 结果

用浏览器打开Triangle_MVPMatrix.html，就会发现浏览器页面显示了一个由远及近，近大远小的三个三角形。如图所示：

4. 参考

本来部分代码和插图来自《WebGL编程指南》，源代码链接：https://share.weiyun.com/5VjlUKo ，密码：sw0x2x。会在此共享目录中持续更新后续的内容。

原文地址：https://www.cnblogs.com/charlee44/p/11625869.html

时间： 2024-11-05 11:54:47

WebGL简易教程(六)：第一个三维示例(使用模型视图投影变换)的相关文章

WebGL简易教程(二)：向着色器传输数据

目录 1. 概述 2. 示例:绘制一个点(改进版) 1) attribute变量 2) uniform变量 3) varying变量 3. 结果 4. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL简易教程(一):第一个简单示例>中,通过一个绘制点的例子,对WebGL中的可编程渲染管线有了个基本的认识.在之前绘制点的例子中,点的位置,点的大小,点的颜色,都是固定写在着色器中的,这样的程序是缺乏可扩展性的. 比如我想绘制一张地形(DEM),平时地形数据是保存在地形文件之中的.被程序加载之后,数据信息

WebGL简易教程(四)：颜色

目录 1. 概述 2. 示例:绘制三角形 1) 数据的组织 2) varying变量 3. 结果 4. 理解 1) 图形装配和光栅化 2) 内插过程 5. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL简易教程(三):绘制一个三角形(缓冲区对象)>中,通过使用缓冲区对象(buffer object)来向顶点着色器传送数据.那么,如果这些数据(与顶点相关的数据,如法向量.颜色等)需要继续传送到片元着色器该怎么办呢? 例如这里给三角形的每个顶点赋予不同的颜色,绘制一个彩色的三角形.这个时候就需要用到之

WebGL简易教程(十)：光照

目录 1. 概述 2. 原理 2.1. 光源类型 2.2. 反射类型 2.2.1. 环境反射(enviroment/ambient reflection) 2.2.2. 漫反射(diffuse reflection) 2.2.3. 综合 3. 实例 3.1. 具体代码 3.2. 改动详解 3.2.1. 设置日照 3.2.2. 着色器光照设置 4. 结果 5. 参考 1. 概述 在上一篇教程<WebGL简易教程(九):综合实例:地形的绘制>中,实现了对一个地形场景的渲染.在这篇教程中,就给这个地

WebGL简易教程(十一)：纹理

目录 1. 概述 2. 实例 2.1. 准备纹理 2.2. 配置纹理 2.3. 使用纹理 3. 结果 4. 参考 1. 概述 在之前的之前的教程<WebGL简易教程(九):综合实例:地形的绘制>中,绘制了一个带颜色的地形场景.地形的颜色是根据高程赋予的RGB值,通过不同的颜色来表示地形的起伏,这是表达地形渲染的一种方式.除此之外,还可以将拍摄得到的数字影像,贴到地形上面,得到更逼真的地形效果.这就要用到我们这一章的新知识--纹理了. 这里用到的纹理图像,是一张从GoogleEarth上下载的卫

WebGL简易教程(十二)：包围球与投影

目录 1. 概述 2. 实现详解 3. 具体代码 4. 参考 1. 概述 在之前的教程中,都是通过物体的包围盒来设置模型视图投影矩阵(MVP矩阵),来确定物体合适的位置的.但是在很多情况下,使用包围盒并不方便计算,可以利用包围盒再生成一个包围球,利用包围球来设置MVP矩阵. 在<WebGL简易教程(十):光照>中,给地形赋予了固定方向的平行光.这篇教程的例子就是想模拟在平行光的视角下地形的情况.对于点光源光,可以用透视投影来实现渲染的效果:而平行光就需要通过正射投影来模拟.并且,这种正射并不是

WebGL简易教程(五)：图形变换(模型、视图、投影变换)

目录 1. 概述 2. 详论 1) 模型变换 (1) 平移变换 (2) 缩放变换 (3) 旋转变换 (4) 组合变换 2) 视图变换 (1) 原理 (2) 推导 3) 投影变换 (1) 透视投影 (2) 正射投影 3. 综合运用 4. 参考 1. 概述 通过之前的教程,对WebGL中可编程渲染管线的流程有了一定的认识.但是只有前面的知识还不足以绘制真正的三维场景,可以发现之前我们绘制的点.三角形的坐标都是[-1,1]之间,Z值的坐标都是采用的默认0值,而一般的三维场景都是很复杂的三维坐标.为了在

WebGL或OpenGL关于模型视图投影变换的设置技巧

目录 1. 具体实例 2. 解决方案 1) Cube.html 2) Cube.js 3) 运行结果 3. 详细讲解 1) 模型变换 2) 视图变换 3) 投影变换 4) 模型视图投影矩阵 4. 存在问题 1. 具体实例 看了不少的关于WebGL/OpenGL的资料,笔者发现这些资料在讲解图形变换的时候都讲了很多的原理,然后举出一个特别简单的实例(坐标是1.0,0.5的那种)来讲解.确实一看就懂,但用到实际的场景之中就一脸懵逼了(比如地形的三维坐标都是很大的数字).所以笔者这里结合一个具体的实例

WebGL入门教程第1篇——六色立方

WebGL入门教程第1篇——六色立方 WebGL,一项允许开发人员在浏览器里操纵GPU来显示图形的技术.让我们一起走进WebGL的世界. 读者对象 本系列适合具有基础JavaScript知识的开发人员. 准备工作 我们应该在本地搭建好web服务器,或者安装了具有预览功能的IDE.如果你安装了Visual Studio,Nivk童鞋为我们开发了WebGL代码提示功能,你可以通过以下步骤使Visual Studio支持WebGL代码提示:打开Visual Studio——点击工具——点击选项——展开

Ocelot简易教程（六）之重写配置文件存储方式并优化响应数据

原文:Ocelot简易教程(六)之重写配置文件存储方式并优化响应数据 本来这篇文章在昨天晚上就能发布的,悲剧的是写了两三千字的文章居然没保存,结果我懵逼了.今天重新来写这篇文章.今天我们就一起来探讨下如何重写Ocelot配置文件的存储方式以及获取方式. 作者:依乐祝 原文地址:https://www.cnblogs.com/yilezhu/p/9807125.html 很多人都说配置文件的配置很繁琐,如果存储在数据库就方便很多,可以通过自定义UI界面在后台进行路由的配置,然后通过调用Admini