WebGL簡易教程(三)：繪製一個三角形(緩衝區物件)
目錄
- 1. 概述
- 2. 示例：繪製三角形
- 1) HelloTriangle.html
- 2) HelloTriangle.js
- 3) 緩衝區物件
- (1) 建立緩衝區物件(gl.createBuffer())
- (2) 繫結緩衝區物件(gl.bindBuffer())
- (3) 將資料寫入緩衝區物件(gl.bufferData())
- (4) 將緩衝區物件分配給attribute變數(gl.vertexAttribPointer())
- (5) 開啟attribute變數(gl.enableVertexAttribArray())
- 4) 基本圖形繪製
- 3. 結果
- 4. 參考
1. 概述
在上一篇教程《WebGL簡易教程(二)：向著色器傳輸資料》中，通過向著色器(shader)傳輸資料，改變了繪製點的大小和顏色。之前的例子只能繪製一個點，如果需要繪製如三角形、矩形或者立方體等稍微複雜的圖形，需要怎麼做呢？這個時候就需要一種很方便的機制——緩衝區物件（buffer object）。
我們知道，OpenGL/WebGL進行圖形工作，需要訪問視訊記憶體的資料。而像C或者JS這樣的程式語言去申請資料，總是儲存在記憶體中——也就是說，需要把記憶體中的資料傳輸到視訊記憶體，OpenGL/WebGL才能進行繪製。資料的申請、傳輸、釋放是一種IO操作，對IO操作而言，分段的、多次的讀寫操作的效率總是比不上一次總體的讀寫操作。緩衝區物件正是用來解決這兩個問題的：我們可以一次性向緩衝區物件填充大量的頂點資料，供頂點著色器使用。
這裡就通過繪製一個三角形的例項，來講解緩衝區物件的使用。一般來說，任何三維模型的基本單位就是三角形，會繪製三角形就能繪製任意複雜的圖形。
2. 示例：繪製三角形
同之前的例子一樣，繪製三角形的例項包含HTML和JavaScript兩個部分。
1) HelloTriangle.html
<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="utf-8" /> <title>Hello Triangle</title> </head> <body onload="main()"> <canvas id="webgl" width="400" height="400"> Please use a browser that supports "canvas" </canvas> <script src="../lib/webgl-utils.js"></script> <script src="../lib/webgl-debug.js"></script> <script src="../lib/cuon-utils.js"></script> <script src="HelloTriangle.js"></script> </body> </html>
這段HTML程式碼與之前的例子相比幾乎沒有改動，引入了需要webgl元件和主要的繪製程式碼HelloTriangle.js。沒有特別改動的話，以後的html程式碼就不再介紹。
2) HelloTriangle.js
// 頂點著色器程式
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
'}\n';
// 片元著色器程式
var FSHADER_SOURCE =
'precision mediump float;\n' +
'uniform vec4 u_FragColor;\n' + // uniform変數
'void main() {\n' +
' gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n' +
'}\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;
}
// 設定頂點位置
var n = initVertexBuffers(gl);
if (n < 0) {
console.log('Failed to set the positions of the vertices');
return;
}
// 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);
// 繪製三角形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
}
function initVertexBuffers(gl) {
var vertices = new Float32Array([
0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5
]);
var n = 3; // 點的個數
// 建立緩衝區物件
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('Failed to create the buffer object');
return -1;
}
// 將緩衝區物件繫結到目標
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
// 向緩衝區物件寫入資料
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);
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 -1;
}
// 將緩衝區物件分配給a_Position變數
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);
// 連線a_Position變數與分配給它的緩衝區物件
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
return n;
}與之前的繪製JS程式碼相比，著色器等大部分內容都沒有變化，最主要的變化是不再通過 gl.vertexAttrib3f()函式向著色器傳遞資料，取而代之的是自定義了一個初始化頂點位置函式initVertexBuffers()。在這個函式中，正是通過緩衝區物件向著色器傳遞資料的。
3) 緩衝區物件
在函式initVertexBuffers()中，可以看到首先初始化了一個JavaScript陣列（Float32Array是WebGL引入的特殊的型別化陣列，能夠儲存大量同一種類型的元素）,它就是緩衝區需要寫入的資料：
var vertices = new Float32Array([
0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5
]);這個資料通過緩衝區物件傳入頂點著色器，需要如下五個步驟：
(1) 建立緩衝區物件(gl.createBuffer())
// 建立緩衝區物件
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('Failed to create the buffer object');
return -1;
}WebGL通過gl.createBuffer()來建立緩衝區物件，它告訴WebGL系統，開闢視訊記憶體空間接受記憶體傳輸過來的資料。其函式的具體說明如下：
(2) 繫結緩衝區物件(gl.bindBuffer())
// 將緩衝區物件繫結到目標
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);由於緩衝區物件可能有多種用途，建立緩衝區之後還需要將其繫結到不同目標上，引數gl.ARRAY_BUFFER表示緩衝區物件儲存的是關於頂點的資料。其繫結函式gl.bindBuffer()的具體說明如下：
(3) 將資料寫入緩衝區物件(gl.bufferData())
// 向緩衝區物件寫入資料
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);這段程式碼的意思是將陣列vertices中的資料傳輸到目標gl.ARRAY_BUFFER上的緩衝區物件。其函式的具體說明如下：
(4) 將緩衝區物件分配給attribute變數(gl.vertexAttribPointer())
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 -1;
}
// 將緩衝區物件分配給a_Position變數
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);正如《WebGL簡易教程(二)：向著色器傳輸資料》介紹的，通過函式getAttribLocation()獲取頂點著色器的attribute變數a_Position的地址。不同的是，這裡用過函式gl.vertexAttribPointer()，將整個緩衝區物件，也就是頂點資料，一次性分配給attribute變數a_Position。其函式的具體說明如下：
(5) 開啟attribute變數(gl.enableVertexAttribArray())
// 連線a_Position變數與分配給它的緩衝區物件
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);最後一步就非常簡單了，開啟attribute變數，建立緩衝區與attribute變數的連線。其函式說明如下：
通過以上五個步驟，著色器就可以根據緩衝區物件的資料進行正確的繪製了。其示意圖如下：
4) 基本圖形繪製
與前兩篇教程中繪製點不同，這裡繪製的是一個三角形：
// 繪製三角形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);可以看到這裡同樣是用的函式gl.drawArrays()進行繪製的，其具體的函式說明如下：
第二個引數和第三個引數非常簡單，表示從哪個頂點資料繪製到哪個頂點資料。例如這裡繪製三角形表示從第1個點繪製到第3個點。
第一個引數則非常強大，表示可以繪製的7種基本圖形：
基本示意圖如下：
3. 結果
用瀏覽器開啟HelloTriangle.html，可以看到繪製了一個紅色的三角形，顯示效果如下所示：
4. 參考
本來部分程式碼和插圖來自《WebGL程式設計指南》，原始碼連結：https://share.weiyun.com/5VjlUKo ，密碼：sw0x2x。會在此共享目錄中持續更新後續的內