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乘车WebGL：初学者指南
前端
2023-05-03 21:43:33
使用 WebGL 创建令人惊叹的 3D 图形
WebGL 简介
大家好，我是前端开发工程师小井。今天，我将向大家介绍 WebGL，一个用于在网页浏览器中呈现交互式 3D 图形的跨平台 JavaScript API。
WebGL 的历史可以追溯到 2006 年，当时它最初是由苹果公司开发的。后来，它被纳入了 Web 标准，并得到了所有主要浏览器的支持。
WebGL 的优势
WebGL 的主要优势在于它是一个跨平台的 API。这意味着您可以在任何支持 WebGL 的浏览器中运行 WebGL 程序，而无需担心底层操作系统的差异。
另一个优势是 WebGL 是一种低级别的 API。这意味着您可以直接控制图形渲染过程的各个方面，从而获得更好的性能和更丰富的功能。
WebGL 的基础知识
WebGL 的核心是一个称为 上下文（context） 的对象。上下文对象代表了一个 WebGL 渲染器，它负责将您的图形指令转换为像素并将其显示在屏幕上。
要创建一个 WebGL 上下文，您可以使用以下代码：
const canvas = document.getElementById('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');
WebGL 上下文对象提供了许多方法和属性，您可以使用它们来控制图形渲染过程的各个方面。例如，您可以使用 gl.clear() 方法来清除颜色缓冲区，或者使用 gl.drawArrays() 方法来绘制顶点数组。
WebGL 的工具和资源
有很多工具和资源可以帮助您学习和使用 WebGL。其中一些最受欢迎的工具和资源包括：
- Three.js： Three.js 是一个流行的 WebGL 库，它提供了许多有用的工具和组件，可以帮助您快速轻松地创建 3D 图形。
- Babylon.js： Babylon.js 是另一个流行的 WebGL 库，它提供了许多与 Three.js 类似的功能，但它也有一些自己的独特功能。
- WebGL Insights： WebGL Insights 是一个在线工具，它可以帮助您可视化和调试您的 WebGL 程序。
- WebGL Studio： WebGL Studio 是另一个在线工具，它可以帮助您学习和实验 WebGL。
使用 WebGL 创建 3D 图形
要使用 WebGL 创建 3D 图形，您需要执行以下步骤：
- 创建 WebGL 上下文： 这是前面提到的第一步。
- 定义顶点着色器和片段着色器： 着色器是用于将数据转换为像素的程序。顶点着色器处理顶点数据，而片段着色器处理片段数据。
- 创建一个渲染程序： 渲染程序将顶点着色器和片段着色器组合在一起，以创建最终的图像。
- 配置 WebGL 状态： WebGL 状态包括诸如深度测试和混合之类的设置，它控制着渲染过程的行为。
- 绘制几何图形： 这是将图形呈现到屏幕上的步骤。
- 处理用户交互： 您可以使用 WebGL 事件处理程序来处理来自键盘、鼠标和其他输入设备的输入。
代码示例
以下是一个简单的 WebGL 代码示例，它将一个立方体绘制到屏幕上：
// 创建 WebGL 上下文
const canvas = document.getElementById('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');
// 定义顶点和颜色数据
const vertices = [
-1, -1, -1, 1.0, 1.0, 1.0, // 前面
1, -1, -1, 1.0, 0.0, 0.0,
1, 1, -1, 1.0, 1.0, 0.0,
-1, 1, -1, 0.0, 1.0, 1.0,
-1, -1, 1, 0.0, 1.0, 0.0, // 后面
1, -1, 1, 0.0, 0.0, 1.0,
1, 1, 1, 1.0, 0.0, 1.0,
-1, 1, 1, 1.0, 1.0, 1.0,
-1, -1, -1, 0.0, 1.0, 1.0, // 左面
-1, 1, -1, 1.0, 1.0, 0.0,
-1, 1, 1, 1.0, 0.0, 1.0,
-1, -1, 1, 0.0, 0.0, 1.0,
1, -1, -1, 1.0, 1.0, 0.0, // 右面
1, 1, -1, 1.0, 0.0, 0.0,
1, 1, 1, 0.0, 0.0, 1.0,
1, -1, 1, 0.0, 1.0, 1.0,
-1, -1, -1, 1.0, 1.0, 0.0, // 上面
-1, -1, 1, 1.0, 0.0, 1.0,
1, -1, 1, 0.0, 0.0, 1.0,
1, -1, -1, 0.0, 1.0, 0.0,
-1, 1, -1, 0.0, 1.0, 1.0, // 下面
-1, 1, 1, 1.0, 1.0, 1.0,
1, 1, 1, 1.0, 0.0, 1.0,
1, 1, -1, 0.0, 0.0, 0.0,
];
// 创建顶点缓冲区对象 (VBO)
const vertexBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);
// 定义顶点着色器和片段着色器
const vertexShaderSource = `
attribute vec3 a_position;
attribute vec3 a_color;
varying vec3 v_color;
void main() {
v_color = a_color;
gl_Position = vec4(a_position, 1.0);
}
`;
const fragmentShaderSource = `
precision mediump float;
varying vec3 v_color;
void main() {
gl_FragColor = vec4(v_color, 1.0);
}
`;
// 编译并链接着色器程序
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource);
gl.compileShader(vertexShader);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource);
gl.compileShader(fragmentShader);
const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);
gl.useProgram(program);
// 启用顶点属性
const positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, 'a_position');
gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);
gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, 3, gl.FLOAT, false, 6 * 4, 0);
const colorAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, 'a_color');
gl.enableVertexAttribArray(colorAttributeLocation);
gl.vertexAttribPointer(colorAttributeLocation, 3, gl.FLOAT, false, 6 * 4, 3 * 4);
// 绘制图形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, vertices.length / 6);
常见问题解答
- 什么是 WebGL？
WebGL 是一种跨平台的 JavaScript API，用于在 Web 浏览器中呈现交互式 3D 图形。 - WebGL 有什么优势？
WebGL 的主要优势是它是跨平台的，并且它是一个低级别的 API，允许您直接控制图形渲染过程的各个方面。 - 学习 WebGL 难吗？
WebGL 的学习曲线有点陡峭，因为它是一个复杂的 API。但是，有很多工具和资源可以帮助您入门。 - WebGL 可以做什么？
WebGL 可以用来创建各种各样的 3D 图形，包括游戏、可视化应用程序和交互式体验。 - WebGL 的未来是什么？
WebGL 的未来是光明的，它将在元宇宙和其他新兴技术中发挥重要作用。
