WebGL渲染2D图形

WebGL是OpenGL ES 2.0的Web标准，它结合JavaScript在HTML5的<canvas></canvas>上渲染图形。WebGL现在已经是HTML5 Canvas的绘制上下文之一。

因此在使用上的流程和OpenGL ES存在了诸多相似之处，函数名和参数也几乎是相同的。

首先需要一个进行WebGL绘制的载体。可以在html里面直接写标签，也可以在js中创建DOM。

...
<canvas id="main-canvas"></canvas>
...
<script>const mainCanvas = document.querySelector("#main-canvas");
</script>

接下来主要是通过getContext()获取WebGL渲染上下文：

function createGLContext(canvas) {let names = ["webgl", "experimental-webgl"];let context = null;for (let i=0; i < names.length; i++) {try {context = canvas.getContext(names[i]);} catch(e) {}if (context) {break;}}if (context) {context.viewportWidth = canvas.width;context.viewportHeight = canvas.height;} else {alert("Failed to create WebGL context!");}return context;
}const gl = createGLContext(mainCanvas);

当然，如果是自己平时用来测试，可以写得很简单：

const gl = mainCanvas.getContext("webgl");

这样，就获取到了在canvas上渲染webgl的上下文。

接下来，在canvas上一切的渲染操作，最终都是要依靠这个gl变量来控制的。可以通过变量gl来使用WebGL API了。

着色器准备

需要先准备好着色器的源码，然后将源码编译、链接。

下面准备着色器的源码。着色器（shader）是由专门的着色器语言（Shadering Language）编写的，在OpenGL ES中，使用的是GLSL（OpenGL Shadering Language，一种类C++语言）。着色器是成对出现的，分别是顶点着色器：

<script type="notjs" id="vertex-shader-2d">attribute vec4 a_position;void main() {gl_Position = a_position;}
</script>

和片段着色器：

<script type="notjs" id="fragment-shader-2d">precision mediump float;void main() {gl_FragColor = vec4(1, 0.3, 0.5, 1);}
</script>

顶点着色器接受一些输入，输出的是裁剪平面的顶点坐标。

因为最终在canvas上渲染图形还是要使用JavaScript而不是GLSL，所以需要获取这些GLSL代码，然后编译处理成JavaScript的对象。

// 获取着色器源码
const vertex_shader_source = document.querySelector("#vertex-shader-2d").text,fragment_shader_source = document.querySelector("#fragment-shader-2d").text;

先编译着色器：

// 编译
function setupShader(gl, type, source) {let shader = gl.createShader(type);    // 先创建空着色器对象gl.shaderSource(shader, source);       // 载入着色器源码gl.compileShader(shader);              // 编译let success = gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS);if (success) {return shader;}console.log(gl.getShaderInfoLog(shader));gl.deleteShader(shader);
}

然后链接顶点着色器和片段着色器，生成一个着色器程序的js对象：

// 链接
function createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader) {let program = gl.createProgram();            // 先创建一个空的着色器程序gl.attachShader(program, vertexShader);     // 载入编译好的顶点着色器gl.attachShader(program, fragmentShader);   // 载入编译好的片段着色器gl.linkProgram(program);                     // 链接let success = gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS);if (success) {return program;}console.log(gl.getProgramInfoLog(program));gl.deleteProgram(program);
}

然后调用该函数，program变量就是包含了这一对着色器源码的js对象：

let program = createProgram(gl, vertex_shader_source, fragment_shader_source);

因为在着色器中有一个输入值，即顶点着色器中的a_position，着色器接收输入值必须从缓冲区中获取，而获取到的值需要在着色器中的正确位置放入，所以要找到顶点着色器中a_position的位置：

let position_attribute_location = gl.getAttribLocation(program, "a_position");

缓冲区准备

着色器设置好了之后，就要开始准备数据，作为着色器的输入了。

上文说过，作为着色器的输入数据，必须是在缓冲区中的数据。而现在没有缓冲区，也没有数据，所以接下来创建这两个东西，然后把数据放入缓冲区中。

先创建缓冲区：

let position_buffer = gl.createBuffer();

然后使用ARRAY_BUFFER绑定点，绑定到这个position_buffer（使用ARRAY_BUFFER说明要用顶点数组方式绘图）：

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, position_buffer);

缓冲区准备好了，接下来准备数据：

let positions = [0, 0,0, 0.2,0.7, 0,-0.5, -0.5,-0.4, -0.2,-0.7, 0,
];

然后通过ARRAY_BUFFER绑定点，将数据放到缓冲区中：

gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);

准备画布

由于WebGL的裁剪空间是一个横纵坐标都是在[-1, 1]范围内的矩形，而我们的画布的尺寸一般不是这个，所以需要作一下尺寸上的映射：

gl.viewport(0, 0, gl.canvas.width, gl.canvas.height);

然后清空一下画布：

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

渲染

要开始渲染了。首先我们要指定着色器程序：

gl.useProgram(program);

然后启用a_position这个输入值（属性）：

gl.enableVertexAttribArray(position_attribute_location);

之后准备将缓冲区的数据输送到着色器：

var size = 2;
var type = gl.FLOAT;
var normalize = false;
var stride = 0;
var offset = 0;
gl.vertexAttribPointer(position_attribute_location, size, type, normalize, stride, offset);

对这里参数的说明：

size=2表示每次迭代读取两个数据，即x和y。由于顶点着色器中gl_Position的类型是vec4，包含x,y,z,w四个数据，而这里只需要前两个x和y。
type=gl_FLOAT表示使用的是32为浮点类型的数据。
normalize=false表示不需要归一化数据。
offset=0表示从缓冲区的开始位置读取数据。

最后设置图元类型、通过drawArrays()，使用顶点数组中的顶点数据绘制：

var primitiveType = gl.TRIANGLES;
var offset = 0;
var count = 6;
gl.drawArrays(primitiveType, offset, count);

结果：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en"><head><meta charset="UTF-8" /><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" /><meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge" /><title>GLSL-test</title></head><body><canvas id="main-canvas"></canvas><!-- 顶点着色器 --><script type="notjs" id="vertex-shader-2d">attribute vec4 a_position;void main() {gl_Position = a_position;}</script><!-- 片段着色器 --><script type="notjs" id="fragment-shader-2d">precision mediump float;void main() {gl_FragColor = vec4(1, 0.3, 0.5, 1);}</script><script>// 全局变量let gl;// 准备WebGL上下文function prepareContext() {// 使用Canvaslet main_canvas = document.querySelector("#main-canvas");main_canvas.setAttribute("width", "640");main_canvas.setAttribute("height", "640");gl = main_canvas.getContext("webgl");if (!gl) {alert("无法使用WebGL！");} else {console.log(gl);}}// 编译function setupShader(gl, type, source) {let shader = gl.createShader(type);gl.shaderSource(shader, source);gl.compileShader(shader);let success = gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS);if (success) {return shader;}console.log(gl.getShaderInfoLog(shader));gl.deleteShader(shader);}// 链接function linkShader(gl, vertexShader, fragmentShader) {let program = gl.createProgram();gl.attachShader(program, vertexShader);gl.attachShader(program, fragmentShader);gl.linkProgram(program);let success = gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS);if (success) {return program;}console.log(gl.getProgramInfoLog(program));gl.deleteProgram(program);}// 创建缓冲区，并填入顶点数据function createBuffer(data) {gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, gl.createBuffer());gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(data), gl.STATIC_DRAW);}(function main() {// 环境上下文准备prepareContext();// 着色器准备const vertex_shader_source = document.querySelector("#vertex-shader-2d").text,fragment_shader_source = document.querySelector("#fragment-shader-2d").text;// 编译let vertex_shader = setupShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vertex_shader_source),fragment_shader = setupShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fragment_shader_source);// 链接let shaderProgram = linkShader(gl, vertex_shader, fragment_shader);let position_attribute_location = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "a_position");// 准备输入数据createBuffer([0, 0, -0.3, 0.2, 0.2, 0.5, -0.5, -0.5, -0.4, -0.2, -0.7, 0]);// 准备画布gl.viewport(0, 0, gl.canvas.width, gl.canvas.height);gl.clearColor(0, 0, 0, 0);gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);// 加载着色器，准备读取缓冲区的数据gl.useProgram(shaderProgram);gl.enableVertexAttribArray(position_attribute_location);gl.vertexAttribPointer(position_attribute_location, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);// 执行绘制gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 6);})();</script></body>
</html>

参考

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/WebGL_API/Tutorial

https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/zh_cn/

https://thebookofshaders.com/?lan=ch