WebGL入门教程（一）canvas、WebGL和shader简介
发表于2017-12-12
下面给大家分别介绍下canvas、WebGL和shader，让大家了解这些比较基础向的内容，这样才能更好的帮助自己将后来的开发。
一、canvas
canvas（翻译为画布）是HTML5的一个标签，canvas可以使用JavaScript在网页上绘制图像，例如下面的代码就使用canvas绘制一个简单的矩形。
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>WebGL</title>
</head>
<body onload="main()">
<canvas id="container" width="1280px" height="720px"></canvas>
</body>
</html>
<script type="text/javascript" src="main.js"></script>
main.js中的代码如下：
function main() ｛
var canvas = document.getElementById("container");
var context = canvas.getContext("2d");
context.fillStyle = "rgba(0, 0, 255, 1.0)";
context.fillRect(120, 10, 150, 150);
｝
canvas只支持一些简单的2d绘制，不支持3d，更重要的是性能有限，WebGL弥补了这两方便的不足。
二、WebGL是什么
WebGL（全写Web Graphics Library）是一种3D绘图标准，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染。（摘自百度百度）
修改main.js中的代码如下：
function main() ｛
var canvas = document.getElementById("container");
var gl = canvas.getContext("webgl") || canvas.getContext("experimental-webgl");
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);// 指定清空canvas的颜色
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);// 清空canvas
｝
上面是一个最简单的WebGL程序，将canvas的颜色设置为黑色。
三、Shader
使用WebGL绘制，依赖于着色器（shader）；
- 顶点着色器（Vertex shader）: 绘制每个定点都会调用一次；
- 片段着色器（Fragment shader）: 每个片源（可以简单的理解为像素）都会调用一次；
下面是一个简单的例子：
/**
* 使用WebGL画点
* xu.lidong@qq.com
* */
// 顶点着色器源码
var vertexShaderSrc = `
void main()｛
gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);// gl_Position 内置变量，表示点的位置，必须赋值
gl_PointSize = 10.0;// gl_PointSize 内置变量，表示点的大小（单位像素），可以不赋值，默认为1.0，，绘制单个点时才生效
｝`;
// 片段着色器源码
var fragmentShaderSrc = `
void main()｛
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);// 内存变量，表示片元颜色RGBA
｝`;
// 初始化使用的shader
function initShader(gl) ｛
var vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);// 创建顶点着色器
gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSrc);// 绑定顶点着色器源码
gl.compileShader(vertexShader);// 编译定点着色器
var fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);// 创建片段着色器
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSrc);// 绑定片段着色器源码
gl.compileShader(fragmentShader);// 编译片段着色器
var shaderProgram = gl.createProgram();// 创建着色器程序
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);// 指定顶点着色器
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);// 指定片段着色色器
gl.linkProgram(shaderProgram);// 链接程序
gl.useProgram(shaderProgram);//使用着色器
｝
function main() ｛
var canvas = document.getElementById("container");
var gl = canvas.getContext("webgl") || canvas.getContext("experimental-webgl");
initShader(gl);// 初始化着色器
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);// 指定清空canvas的颜色
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);// 清空canvas
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);// 画点
｝
四、坐标系
WebGL使用的是右手系，x水平（右为正），y竖直（上为正），z垂直屏幕（外为正）。
WebGL的宽高范围是从-1到1。
将前面vertexShaderSrc代码中的gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);分别修改为:
- gl_Position = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(-1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(0.0, -1.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4-(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(1.0, -1.0, 0.0, 1.0);
- gl_Position = vec4(-1.0, -1.0, 0.0, 1.0);
可以看到点会被绘制在不同的位置。
五、向shader中传值
向shader中传值有两种方式：
- attribute变量，传递与顶点相关的数组，只能在顶点着色器中使用；
- uniform变量，传递与顶点无关的数据；
前面的代码将点的位置和大小都直接写在了顶点着色器中，现在将其改为由外面的程序传入。首先修改顶点着色器：
var vertexShaderSrc = `
attribute vec4 a_Position;// 接收传入位置坐标，必须声明为全局
attribute float a_PointSize;// 接收传入位置坐标，必须声明为全局
void main()｛
gl_Position = a_Position;// gl_Position 内置变量，表示点的位置，必须赋值
gl_PointSize = a_PointSize;// gl_PointSize 内置变量，表示点的大小（单位像素），可以不赋值，默认为1.0
｝`;
然后在initShader的最后给这两个变量赋值：
var a_Position = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "a_Position");// 获取shader中的a_Position变量
gl.vertexAttrib4f(a_Position, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0);// 给变量a_Position赋值
var a_PointSize = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "a_PointSize");// 获取shader中的a_PointSize变量
gl.vertexAttrib1f(a_PointSize, 10.0);// a_PointSize
最终的效果跟前面看到的是一样的。
