webgl——使用着色器给图形给点颜色看看（二）

文章目录

前言
绘制一个点
- 初始化着色器
- 存储限定符
- 向 webgl 系统传递变量

前言

接前面文章，我们实现了一个最简单的 webgl 程序，但是只是程序运行起来只是漆黑一片，我们想要通过 webgl 绘制一些图形。这篇文章让我们来使用 webgl 绘制一个点，并使用着色器来给他点颜色看看。

绘制一个点

还是先上代码：

import React, { useRef, useEffect } from 'react'
import { VSHADERR_SOURCE, FSHADER_SOURCE } from './glsl'const HelloPoint = () => {const canvasDom = useRef<HTMLCanvasElement | null>(null)// 创建程序const createProgram = (gl: WebGLRenderingContext, vshader: string, fshader: string) => {const vertexShader = loadShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vshader)const fragmentShader = loadShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fshader)if (!vertexShader || !fragmentShader) {return null}// 创建程序对象const program = gl.createProgram()if (!program) {return null}// 为程序对象分配着色器gl.attachShader(program, vertexShader)gl.attachShader(program, fragmentShader)// 连接程序对象gl.linkProgram(program)// Check the result of linkingconst linked = gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)if (!linked) {const error = gl.getProgramInfoLog(program)console.log(`Failed to link program: ${error}`)gl.deleteProgram(program)gl.deleteShader(fragmentShader)gl.deleteShader(vertexShader)return null}return program}const loadShader = (gl: WebGLRenderingContext, type: number, source: string) => {// 创建 shader 对象const shader = gl.createShader(type)if (shader === null) {console.log('unable to create shader')return null}// 向着色器对象中填充着色器程序的源代码gl.shaderSource(shader, source)// 编译着色器gl.compileShader(shader)// Check the result of compilationconst compiled = gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)if(!compiled) {const error = gl.getShaderInfoLog(shader)console.log(`Failed to compile shader: ${error}`)gl.deleteShader(shader)return null}return shader}// 初始化着色器const initShader = (gl: WebGLRenderingContext, vshader: string, fshader: string) => {const program = createProgram(gl, vshader, fshader)if (!program) {console.log('Failed to create program')return false}// 使用程序对象gl.useProgram(program);(gl as any).program = programreturn true}const main = () => {if (!canvasDom.current) returnconst gl = canvasDom.current.getContext('webgl')if (!gl) {console.log('Failed to get the rendering context for WebGL')return}// 初始化着色器if (!initShader(gl, VSHADERR_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {console.log('Failed to intialize shaders.')return}// 获取 attribute 变量的存储位置const a_Position = gl.getAttribLocation((gl as any).program, 'a_Position')// 获取存储位置其实是从 0 开始根据定义的位置依次计数的结果if (a_Position < 0) {console.log('Failed to get the storage location of a_Position')return}// 将顶点位置传输给 attribute 变量gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0)// 指定清空 canavs 的颜色gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)// 清空 canvasgl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT)// 绘制一个点gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1)}useEffect(() => {main()// eslint-disable-next-line react-hooks/exhaustive-deps}, [])return (<canvas ref={canvasDom} style={{width: '500px',height: '500px'}}></canvas>)
}export default HelloPoint

代码有点多，我们慢慢来看，首先看初始化着色器部分；

初始化着色器

在三维场景中，仅仅用线条和颜色将图层绘制出来是远远不够的，比如我们需要模拟光照打在物体上，高光部门以及阴影部分的展示等等；着色器可以高度灵活地完成对于图形的这些各种渲染效果。

创建和初始化着色器需要以下几个步骤：

创建着色器对象：gl.createShader();
向着色器对象中填充着色器程序的源代码：gl.shaderSource();
编译着色器：gl.compileShader();
创建程序对象：gl.createProgram();
为程序对象分配着色器： gl.attachShader();
连接程序对象：gl.linkProgram();
使用程序对象：gl.useProgram();

步骤也很简单也就是创建着色器，然后通过 program 将顶点着色器和片元着色器连接起来；program 对象进行着色器连接操作，目的是保证：

顶点着色器和片元着色器的 varying 变量同名同类型，且一一对应；
顶点着色器对每个 varying 变量赋了值；
顶点着色器和片元着色器中的同名 uniform 变量也是同类型的，无需一一对应，即某些 uniform 变量可以出现在一个着色器中而不出现在另一个中。
着色器中的 attribute 变量、uniform 变量和 varying 变量的个数没有超过着色器的上限。

如果程序已经成功连接，我们得到了一个二进制的可执行模块供 webgl 系统使用。如果连接失败了，也可以通过调用 gl.getProgramInfiLog(program) 从信息日志中获取连接出错信息。

最后我们通过 gl.useProgram(program) 告知 webgl 系统绘制时使用哪个程序对象，该函数接收一个指定待使用的程序对象做为参数。

我们可以在绘制前初始化多个程序对象，然后在绘制的时候根据需要切换程序对象。

存储限定符

我们发现；在 JavaScript 中我们通过 gl.getAttribLocation() 函数获取 webgl 程序变量的存储地址。到现在我们也没看到着色器代码；如下：

export const VSHADERR_SOURCE = `attribute vec4 a_Position;void main() {// 设置坐标gl_Position = a_Position;// 设置尺寸gl_PointSize = 10.0;}
`export const FSHADER_SOURCE = `void main() {// 设置点的颜色gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);}
`

这是 GLSL 着色器语言，很简单相信大家可以看懂。主要需要注意的是，attribute 数据类型。对于着色器语言，具有三种数据类型：

attribute：只能在顶点着色器中使用的变量，一般用于传递顶点数据（顶点、索引、颜色、法向量等）；
uniform：常量，不能被 shader 修改，uniform 变量在顶点着色器和片元着色器两者之间声明方式完全一致，则他可以在顶点着色器和片元着色器共享使用，相当于一个被顶点着色器和片元着色器共享的全局变量。通常是一个全局的变量（如颜色、光照参数等），或者全局的矩阵（如世界矩阵、观察矩阵等等）
varying：varying 变量是顶点着色器和片元着色器之间做数据传递用的。

我们上面代码通过 attribute 类型的变量传递我们绘制点的坐标。

向 webgl 系统传递变量

接下来就是需要向 webgl 系统中传递绘制点的坐标；传递值我们首先得获取该值的位置，如下代码：

    // 获取 attribute 变量的存储位置const a_Position = gl.getAttribLocation((gl as any).program, 'a_Position')// 获取存储位置其实是从 0 开始根据定义的位置依次计数的结果if (a_Position < 0) {console.log('Failed to get the storage location of a_Position')return}

对于 attribute 定义的变量通过 getAttribLocation() 方法进行获取，当然通过 uniform 定义的变量通过 getUniformLocation() 方法进行获取。获取存储位置其实是从 0 开始根据定义的位置依次计数的结果；

然后获取到位置，我们需要将值传输给变量：

    // 将顶点位置传输给 attribute 变量gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0)

需要注意的是，webgl 使用的是颜色缓冲区，webgl 系统中的绘制操作实际上是在颜色缓冲区中进行绘制的，绘制结束后系统将缓冲区中的内容显示在屏幕上，然后颜色缓冲区就会被重置，其中的内容会丢失；如果我们需要实时绘制点，比如鼠标点击之后绘制点，需要将鼠标点击的点进行记录，每次点击完成之后通过循环，渲染之前的点。

至此，我们的着色器使用已经完成。