WebGL簡易教程(二):向著色器傳輸數據

1. 概述

在上一篇教程《WebGL簡易教程(一):第一個簡單示例》中,通過一個繪制點的例子,對WebGL中的可編程渲染管線有了個基本的認識。在之前繪制點的例子中,點的位置,點的大小,點的顏色,都是固定寫在著色器中的,這樣的程序是缺乏可擴展性的。

比如我想繪制一張地形(DEM),平時地形數據是保存在地形文件之中的。被程序加載之后,數據信息首先要被讀取到內存,然后傳遞給顯存,最后由顯卡進行繪制。渲染管線之所以靈活強大,正是由于可以向負責繪制工作的著色器傳遞數據。

2. 示例:繪制一個點(改進版)

在上一篇繪制點例子之上進行改進,改進后的HelloPoint1.js代碼如下:

// 頂點著色器程序
var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' + // attribute variable
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
  '  gl_PointSize = 10.0;\n' +                    // Set the point size
  '}\n';

// 片元著色器程序
var FSHADER_SOURCE =
  'precision mediump float;\n' +
  'uniform vec4 u_FragColor;\n' +  // uniform変數
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = u_FragColor;\n' + // Set the point color
  '}\n';

function main() {
  // 獲取 <canvas> 元素
  var canvas = document.getElementById('webgl');

  // 獲取WebGL渲染上下文
  var gl = getWebGLContext(canvas);
  if (!gl) {
    console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
    return;
  }

  // 初始化著色器
  if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
    console.log('Failed to intialize shaders.');
    return;
  }

  // 獲取attribute變量的存儲位置
  var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
  if (a_Position < 0) {
    console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
    return;
  }

  // 將頂點位置傳輸給attribute變量
  gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.5, 0.5, 0.0);

  //獲取u_FragColor變量的存儲地址
  var u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor');
  if (!u_FragColor) {
    console.log('Failed to get the storage location of u_FragColor');
    return;
  }

  //將點的顏色傳入到u_FragColor變量中
  gl.uniform4f(u_FragColor, 0.0, 0.8, 0.0, 1.0);

  // 指定清空<canvas>的顏色
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

  // 清空<canvas>
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

  // 繪制一個點
  gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}

1) attribute變量

在頂點著色器中,可以看到聲明了一個attribute的全局變量a_Position,并且將這其賦值給gl_Position:

// 頂點著色器程序
var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' + // attribute variable
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
  '  gl_PointSize = 10.0;\n' +                    // Set the point size
  '}\n';

attribute是glsl中三種變量聲明之一,代表的是與頂點相關的數據,只能用在頂點著色器中。這個變量存儲了從外部傳輸進頂點著色器的數據。

在shader中定義好attribute變量之后,還需要通過JS與shader進行交互。通過WebGL的渲染上下文變量gl,可以得到獲取attribute變量的存儲地址的方法getAttribLocation(),其定義如下:
函數getAttribLocation()定義

通過這個函數,獲取著色器中attribute變量的位置:

  // 獲取attribute變量的存儲位置
  var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
  if (a_Position < 0) {
    console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
    return;
  }

獲取地址之后,就可以向attribute變量傳送數據了。通過使用gl. vertexAttrib3f()函數來向著色器傳入值。這里將想要繪制點的位置傳送給頂點著色器。

  // 將頂點位置傳輸給attribute變量
  gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.5, 0.5, 0.0);

其函數定義如下:
函數vertexAttrib3f()定義

注意這個函數是有一系列的同族函數,都是以基礎函數名+參數個數+參數類型來命名的,以應付傳輸不同的數據。具體可以查閱WebGL的API。

2) uniform變量

同樣的,在片元著色器中,聲明了一個全局的uniform變量u_FragColor,并將其賦值給gl_FragColor:

// 片元著色器程序
var FSHADER_SOURCE =
  'precision mediump float;\n' +
  'uniform vec4 u_FragColor;\n' +  // uniform変數
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = u_FragColor;\n' + // Set the point color
  '}\n';

uniform是glsl中另外一種變量聲明,表示的是JavaScript程序向頂點著色器和片元著色器傳輸的一致的(不變的)數據;也就是是說這種變量既可以用在頂點著色器也可以用于片元著色器。

與attribute變量類似,uniform變量也是先獲取其地址,然后向其傳值。這里將想要繪制的顏色傳送給片元著色器:

//獲取u_FragColor變量的存儲地址
  var u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor');
  if (!u_FragColor) {
    console.log('Failed to get the storage location of u_FragColor');
    return;
  }

  //將點的顏色傳入到u_FragColor變量中
  gl.uniform4f(u_FragColor, 0.0, 0.8, 0.0, 1.0);

可以看到uniform變量是通過gl.getUniformLocation()函數獲取地址,gl.uniform4f()變量傳送數據的。它們的函數定義如下:
函數getUniformLocation()的定義
函數uniform4f()的定義

3) varying變量

除了attribute變量和uniform變量之外,還有一種varying變量,它表示的是從頂點著色器流向片元著色器可變的變量。這一點會在以后講到。如下所示為向著色器傳輸數據的方式:
向著色器傳輸數據

3. 結果

再次打開HelloPoint1.html,其顯示結果如下:
WebGL繪制點

可以看到點的位置發生了變化,同時顏色也從紅色變成了綠色。位置信息和顏色信息不再是硬編碼在著色器中,而是從外部傳入的。

4. 參考

本來部分代碼和插圖來自《WebGL編程指南》,源代碼鏈接:https://share.weiyun.com/5VjlUKo ,密碼:sw0x2x?;嵩詿斯蠶砟柯賈諧中潞笮哪諶?。


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posted @ 2019-08-11 11:45 charlee44 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏