使用 WebGL 绘制三维图片 image3D

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2020-01-15
心叶

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image3D是一个基于WebGL开发的web端3D绘图库,包括常用的三维接口和辅助方法,帮助你快速绘制自己的三维图形。

如何使用?

首先,我们不得不说明一下绘图的基本流程: 编辑着色器 → 创建3D对象 → 准备好数据 → 绘制

我们接下来准备绘制一个点,点的颜色、大小和位置不停改变。

着色器

绘图的时候,本质上我们都是需要通过着色器来和GPU进行数据交互,因此,需要传递的数据都需要在这里提前定义好,看看本例子的着色器:

    <!-- 顶点着色器 -->
    <script type='x-shader/x-vertex' id='vs'>
        attribute vec4 a_position;
        attribute float a_size;
        attribute vec4 a_color;
        varying vec4 v_color;
        void main(){
            gl_Position=a_position;
            gl_PointSize=a_size;
            v_color=a_color;
        }
    <script>

    <!-- 片段着色器 -->
    <script type='x-shader/x-fragment' id='fs'>
        precision mediump float;
        varying vec4 v_color;
        void main(){
            gl_FragColor=v_color;
        }
    <script>
        

着色器分二类:顶点着色器和片段着色器,前者用于传递点的位置和大小,后者用于传递点的颜色。

本质上来讲,着色器其实就是二个字符串,用script标签包裹是为了在html文本中方便编辑,在后面的过程就可以看出来了。

着色器的代码有点像C语言,我们目前需要了解这三点:

  • gl开头的有三个,分别对应点的位置、大小和颜色(从上到下),这是着色器内置的变量,分别隶属于二个着色器,我们所谓的传值,从这个层次看,就是最终给这三个变量赋值。
  • 然后再看看attribute修饰的三个变量,被这个修饰符修饰的变量等于暴露了一个入口,image3D提供了传值的方法,所谓的传值,也就是通过这个入口实现的(第二个修饰符,vec4和float是变量的数据类型,类似别的语言)。
  • 前一条说的入口由attribute修饰实现,是针对每个点提供的,片段着色器是针对全部的点,因此attribute不可以直接出现在第二类着色器中,我们需要使用varying修饰符来标记一个桥梁,实现二个着色器之间的数据传递。

3D对象

着色器准备好了以后,我们就可以使用这二个着色器创建3D对象了,同样的,看看本例中的代码:

    var image3d = new image3D(document.getElementsByTagName('canvas')[0], {

        // 传递着色器
        "vertex-shader": document.getElementById("vs").innerText,
        "fragment-shader": document.getElementById("fs").innerText

    });
        

从这里是不是可以看出来,着色器只不过是二段字符串。

传递数据

实际的例子是不停的改变,我们为了方便说明,这里假设某个瞬间的操作:

    image3d
        // 设置点的位置
        .setAttributeFloat("a_position", 0.5, 0.5, 0.0)
        // 设置点的大小
        .setAttributeFloat("a_size", 50.0)
        // 设置点的颜色
        .setAttributeFloat("a_color", 1.0, 0.0, 0.0);
        

比如点的位置,“a_position”是和着色器中attribute修饰的变量对应的。大部分根据感觉应该就可以看出来,下面稍微提二点:

  • image3D选择的是右手坐标系,记作uvz(对应数学中的坐标系就是xyz),每个轴的有效可视范围是-1.0~1.0,因此这里的坐标(0.5, 0.5, 0.0)页面上看上去就是位于第一象限中心(右上角),请注意和浏览器的坐标区分。
  • 点的颜色需要传递三个值,范围是0.0~1.0,分别对应RGB(当然还可以有一个alpha透明度,这里没有传递)。

绘制

一切准备完毕,获取画笔绘制即可:

    image3d.Painter().drawPoint(0, 1);
        

这里缩减版的例子最终会绘制一个大小是50px,位于第一象限中心的红色正方形。完整的例子请 点击此处 查看运行效果。

当然,上面的例子可能过于简单,你也可以试试 旋转的二十四边形 这个稍微复杂点的例子,下面是某个瞬间的截图(本身是运动的,不停旋转):

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