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WebGL（Web Graphics Library）

article 2024/12/27 0:57:08

WebGL（Web Graphics Library）是一种基于 JavaScript 的 API，允许在网页上渲染高性能的 2D 和 3D 图形。它利用计算机的 GPU 来实现硬件加速，因此适合创建游戏、数据可视化和交互式应用程序。

WebGL 的基本概念：

上下文：
- WebGL 上下文是图形渲染的基础，通常通过 <canvas> 元素获取。
- 使用 getContext('webgl') 方法创建 WebGL 上下文。
着色器：
- 着色器是运行在 GPU 上的小程序，负责处理顶点和片元（像素）的渲染。
- WebGL 使用 GLSL（OpenGL Shading Language）编写着色器，分为顶点着色器和片元着色器。
缓冲区：
- 顶点缓冲区（Vertex Buffer）存储顶点数据，包括位置、颜色、纹理坐标等。
- 索引缓冲区（Index Buffer）用于定义如何将顶点组合成图形（如三角形）。
纹理：
- 纹理用于给图形添加表面细节，通常是图像数据。
- WebGL 支持多种纹理格式，可以对纹理进行各种操作，如缩放、翻转等。
绘制调用：
- 使用 drawArrays 或 drawElements 方法来渲染场景。

WebGL 的基本使用步骤：

初始化 WebGL：

const canvas = document.getElementById('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');
if (!gl) {
    console.error('Unable to initialize WebGL. Your browser may not support it.');
}

设置着色器：
- 编写顶点和片元着色器代码，并将其编译链接到 WebGL 程序。

创建缓冲区：

创建和填充顶点缓冲区和索引缓冲区。

const vertices = new Float32Array([
    // 立方体的顶点坐标
]);
const vertexBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);

设置纹理（如果需要）：
- 创建并绑定纹理，加载图像并生成纹理数据。

渲染循环：

在动画帧中清除画布并绘制场景。

function render() {
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
    // 设置着色器和绘制调用
    requestAnimationFrame(render);
}
render();

例子：

这是一个简单的 WebGL 示例，绘制一个颜色变化的三角形：

const canvas = document.getElementById('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');

const vertices = new Float32Array([
    0, 1, 0,    // 顶点 1
   -1, -1, 0,   // 顶点 2
    1, -1, 0    // 顶点 3
]);

const vertexBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);

const vertexShaderSource = `...`;  // 顶点着色器代码
const fragmentShaderSource = `...`;  // 片元着色器代码

const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource);
gl.compileShader(vertexShader);

const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource);
gl.compileShader(fragmentShader);

const shaderProgram = gl.createProgram();
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
gl.linkProgram(shaderProgram);

gl.useProgram(shaderProgram);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
const position = gl.getAttribLocation(shaderProgram, 'position');
gl.vertexAttribPointer(position, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(position);

function render() {
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
    gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
    requestAnimationFrame(render);
}

render();