HTML与Raymarching的液晶球：一种视觉盛宴

Introduction
液晶球，顾名思义，是一种包含液晶的透明球体，当受到电磁场的作用时，其内部液晶的排列方式会发生改变，从而产生各种图案和颜色效果。近年来，随着互联网的发展，液晶球也逐渐被搬上了电脑屏幕，通过HTML和Raymarching技术，我们可以打造出更加绚丽多姿的虚拟液晶球。

什么是Raymarching
Raymarching是一种三维渲染技术，它通过对光线在场景中传播的路径进行采样来生成图像。与传统的渲染技术不同，Raymarching不需要预先构建场景的几何模型，而是通过数学函数来定义场景的形状和材质。这使得Raymarching非常适合渲染复杂和动态的场景，例如液晶球。

用HTML和Raymarching实现液晶球
要使用HTML和Raymarching实现液晶球，我们需要以下几个步骤：

1. 创建画布和着色器
   首先，我们需要创建一个HTML画布，然后使用WebGL API创建两个着色器程序：一个是顶点着色器，另一个是片段着色器。顶点着色器负责将顶点坐标从模型空间转换到裁剪空间，而片段着色器则负责计算每个像素的颜色。

2. 定义液晶球的形状和材质
   接下来，我们需要定义液晶球的形状和材质。液晶球的形状可以用一个三维函数来，例如球体方程。材质可以用一系列数学函数来定义，例如折射率、吸收率和散射率。

3. 进行光线追踪
   有了液晶球的形状和材质后，我们就可以进行光线追踪了。光线追踪的过程是从摄像机发出光线，然后计算光线在场景中传播的路径。当光线与液晶球相交时，我们需要计算光线在液晶球内部的传播路径，并根据液晶球的材质属性来计算光线的颜色。

4. 绘制图像
   最后，我们将光线追踪得到的光线颜色绘制到画布上，形成最终的图像。

示例代码
以下是一段用HTML和Raymarching实现液晶球的示例代码：

<canvas id="canvas"></canvas>

<script>
  // 创建画布和着色器程序
  const canvas = document.getElementById("canvas");
  const gl = canvas.getContext("webgl");

  // 定义着色器代码
  const vertexShaderSource = `
    attribute vec3 position;
    void main() {
      gl_Position = vec4(position, 1.0);
    }
  `;
  const fragmentShaderSource = `
    uniform float time;
    void main() {
      // 定义液晶球的形状和材质
      vec3 center = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
      float radius = 1.0;
      float refractiveIndex = 1.5;
      float absorptionRate = 0.1;
      float scatteringRate = 0.2;

      // 进行光线追踪
      vec3 origin = vec3(0.0, 0.0, -5.0);
      vec3 direction = normalize(gl_FragCoord.xyz - origin);
      vec3 intersectionPoint;
      float distance;
      if (raymarch(origin, direction, center, radius, distance)) {
        intersectionPoint = origin + direction * distance;
      } else {
        discard;
      }

      // 计算光线的颜色
      vec3 color = vec3(0.0, 0.0, 0.0);
      for (int i = 0; i < 100; i++) {
        vec3 newOrigin = intersectionPoint + randomInUnitSphere() * 0.01;
        vec3 newDirection = normalize(randomInUnitSphere());
        if (raymarch(newOrigin, newDirection, center, radius, distance)) {
          color += exp(-absorptionRate * distance) * vec3(0.5, 0.5, 0.5);
        }
      }

      // 绘制图像
      gl_FragColor = vec4(color, 1.0);
    }
  `;

  // 编译着色器程序
  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);

  // 创建着色器程序
  const program = gl.createProgram();
  gl.attachShader(program, vertexShader);
  gl.attachShader(program, fragmentShader);
  gl.linkProgram(program);

  // 设置视口
  gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height);

  // 启用深度测试
  gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

  // 渲染循环
  function render() {
    // 清除颜色缓冲区和深度缓冲区
    gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

    // 使用着色器程序
    gl.useProgram(program);

    // 设置 uniforms
    gl.uniform1f(gl.getUniformLocation(program, "time"), time);

    // 绘制
    gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

    // 递归调用渲染函数
    requestAnimationFrame(render);
  }

  // 启动渲染循环
  render();
</script>

结论
通过HTML和Raymarching技术，我们可以创造出令人惊叹的液晶球效果。这种技术不仅可以用于创建炫酷的视觉效果，还可以用于模拟真实世界的物理现象，如光线在介质中的传播和反射。随着计算机图形学技术的不断发展，Raymarching将会有更加广泛的应用场景，为我们带来更加逼真和交互式的视觉体验。