如何解决WebGL中的直角坐标系拉伸问题？彻底理解3D图形的奥秘！

前端

2023-11-02 00:47:03

在计算机图形学中，物体拉伸是一种常见的操作，它可以实现各种视觉效果。在WebGL中，拉伸操作可以通过变换矩阵来实现，而变换矩阵又可以通过一系列操作来构造。本文将深入探讨WebGL中的直角坐标系拉伸操作，帮助您领略3D图形的魅力。

拉伸的本质

拉伸的本质是将物体的某个方向上的尺寸进行放大或缩小。在直角坐标系中，拉伸可以分为三个方向：x、y和z方向。每个方向都可以独立进行拉伸操作。

实现拉伸

在WebGL中，可以通过变换矩阵来实现拉伸。变换矩阵是一个4x4的矩阵，它可以将一个物体从一个坐标系变换到另一个坐标系。变换矩阵的每个元素都对应着一种变换操作，比如平移、旋转和缩放。

要实现拉伸，我们需要构造一个缩放矩阵。缩放矩阵是一个对角线上的元素为非零值的矩阵，其他元素都为0。缩放矩阵的每个对角线元素对应着某个方向上的缩放比例。

代码示例

以下是一个使用WebGL实现拉伸的代码示例：

// 获取画布元素
const canvas = document.getElementById('canvas');

// 获取WebGL上下文
const gl = canvas.getContext('webgl');

// 创建顶点着色器和片元着色器
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);

// 设置顶点着色器的源代码
gl.shaderSource(vertexShader, `
  attribute vec3 position;
  uniform mat4 modelMatrix;
  void main() {
    gl_Position = modelMatrix * vec4(position, 1.0);
  }
`);

// 设置片元着色器的源代码
gl.shaderSource(fragmentShader, `
  precision mediump float;
  void main() {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  }
`);

// 编译顶点着色器和片元着色器
gl.compileShader(vertexShader);
gl.compileShader(fragmentShader);

// 创建着色器程序
const program = gl.createProgram();

// 将顶点着色器和片元着色器附加到着色器程序
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);

// 链接着色器程序
gl.linkProgram(program);

// 使用着色器程序
gl.useProgram(program);

// 获取顶点着色器中的position属性的位置
const positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, 'position');

// 获取顶点着色器中的modelMatrix属性的位置
const modelMatrixUniformLocation = gl.getUniformLocation(program, 'modelMatrix');

// 创建顶点数据
const vertices = [
  -0.5, -0.5, 0.5,
  0.5, -0.5, 0.5,
  0.5, 0.5, 0.5,
  -0.5, 0.5, 0.5,

  -0.5, -0.5, -0.5,
  0.5, -0.5, -0.5,
  0.5, 0.5, -0.5,
  -0.5, 0.5, -0.5,
];

// 创建顶点缓冲区
const vertexBuffer = gl.createBuffer();

// 将顶点数据绑定到顶点缓冲区
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);

// 启用position属性
gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);

// 将顶点缓冲区绑定到position属性
gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);

// 设置缩放矩阵
const scaleMatrix = [
  2.0, 0.0, 0.0, 0.0,
  0.0, 3.0, 0.0, 0.0,
  0.0, 0.0, 4.0, 0.0,
  0.0, 0.0, 0.0, 1.0,
];

// 将缩放矩阵上传到着色器程序
gl.uniformMatrix4fv(modelMatrixUniformLocation, false, scaleMatrix);

// 清除颜色缓冲区
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

// 绘制物体
gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 4, 4);