JavaScript WebGL 基础疑惑点

目录

• 引子
• 顶点坐标范围为什么要在 -1.0 到 1.0 之间 ？
• 多次缓冲数据是覆盖还是增量 ？
• vertexAttribPointer 解析顶点一次就足够了 ？
• useProgram 函数激活一次就足够了 ？
• 基于的坐标系是什么 ？
• 常见的变量类型有那些 ？
• 内置的输入/输出变量有那些 ？
• 参考资料

引子

尝试 JavaScript WebGL 绘制一条直线 之后总算是熟悉了一点，但还是有些疑惑，在此集中记录一下。

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顶点坐标范围为什么要在 -1.0 到 1.0 之间 ？

在绘制直线的示例中，如果按照 Canvas 的大小修改顶点坐标，发现大都看不到对应的点。查资料说每个顶点的 x，y，z 坐标都应该在 -1.0 到 1.0 之间，超出这个坐标范围的顶点都将不可见。原因是整个过程中涉及到多个坐标系统的转换。

多个坐标系转换的优点是，一些操作或运算在特定的坐标系中才有意义且更方便容易。一个顶点到最后展示到屏幕，主要经历了下面一些坐标系转换：

1. 局部空间中的局部坐标（Local Coordinate），是物体的起始坐标。
2. 接着通过模型矩阵变换，变为世界空间的世界坐标（World Coordinate）。这些坐标相对于世界的全局原点，它们会和其它物体一起相对于世界的原点进行摆放。
3. 接着通过观察矩阵变换，变为观察空间的观察坐标（View Coordinate），使得每个坐标都是从摄像机或者说观察者的角度进行观察的。
4. 接着需要将其投影到裁剪空间的裁剪坐标（Clip Coordinate）。裁剪坐标会被处理至 -1.0 到 1.0 的范围内，并判断哪些顶点将会出现在屏幕上。
5. 最后，将裁剪坐标变换为屏幕空间的屏幕坐标（Screen Coordinate），使用一个叫做视口变换(Viewport Transform)的过程。视口变换将位于 -1.0 到 1.0 范围的坐标变换到由 glViewport 函数所定义的坐标范围内。变换出来的坐标将会送到光栅器，将其转化为片元。

多次缓冲数据是覆盖还是增量 ？

缓冲是分类型的，尝试了下 gl.ARRAY_BUFFER 类型每次相同的变量会覆盖之前的数据。

这是基于绘制直线示例，最后只绘制了垂直直线：

  let vertices = [-0.5, 0, 0.0, 0.5, 0, 0.0]; // 水平直线
  let vertices2 = [0, 0.5, 0.0, 0, -0.5, 0.0]; // 垂直直线
  setBuffers(glContext, vertices);
  setBuffers(glContext, vertices2);

vertexAttribPointer 解析顶点一次就足够了 ？

在频繁绘制的场景中，vertexAttribPointer 每次都需要重新解析顶点，还是解析一次就足够了？

在绘制直线示例的基础上尝试发现：

1. 要先保证已缓冲了数据，该函数才能有效解析。
2. 每次更新了缓冲，需要重新解析才能生效。

enableVertexAttribArray 方法也是类似。

useProgram 函数激活一次就足够了 ？

在频繁绘制的场景中，useProgram 是否需要重新激活？

在绘制直线示例的基础上尝试发现只需要激活一次，这是示例。

基于的坐标系是什么 ？

基于的坐标系是右手坐标系。

按如下的步骤做：

• 沿着正 y 轴方向伸出你的右臂，手指着上方。
• 大拇指指向右方。
• 食指指向上方。
• 中指向下弯曲90度。

如果你的动作正确，那么你的大拇指指向正 x 轴方向，食指指向正 y 轴方向，中指指向正 z 轴方向。

常见的变量类型有那些？

摘自官方提供的 WebGL 1.0 卡片索引。

存储限定符

• const ： 编译时常量，或只读函数参数。
• attribute ： 用这个修饰的变量，表示是用于顶点着色器和 OpenGL ES 之间的链接。
• varying ： 用这个修饰的变量，表示是用于顶点着色器和片元着色器之间的链接。
• uniform ： 用这个修饰的变量，表示全局且唯一的变量，可以在任意阶段访问到，变量的值会一直保存。

基本类型

类型	含义
void	没有返回值的函数或空参数列表
bool	布尔值
int	有符号整数
float	浮点标量
vec2, vec3, vec4	2/3/4 分量的浮点向量
bvec2, bvec3, bvec4	2/3/4 分量的布尔向量
ivec2, ivec3, ivec4	2/3/4 分量的有符号整数向量
mat2, mat3, mat4	2x2, 3x3, 4x4 浮点数矩阵
sampler2D	2D 纹理
samplerCube	立体贴图纹理

内置的输入/输出变量有那些 ？

摘自官方提供的 WebGL 1.0 卡片索引。

顶点着色器特殊变量

输入：

变量	描述	单位或坐标系统
highp vec4 gl_Position;	转换顶点位置	剪切坐标
mediump float gl_PointSize;	变换点大小（仅点光栅化）	像素

片元着色器特殊变量

输入：

变量	描述	单位或坐标系统
mediump vec4 gl_FragCoord;	帧缓冲区内的片元位置	窗口坐标
bool gl_FrontFacing;	片元属于前向基本体	布尔值
mediump vec2 gl_PointCoord;	点内的片元位置（仅点光栅化）	每个组件从 0.0 到 1.0

输出：

变量	描述	单位或坐标系统
mediump vec4 gl_FragColor;	片元颜色	RGBA 颜色
mediump vec4 gl_FragData[n]	颜色附件n的片元颜色	RGBA 颜色

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参考资料

• WebGL lessons
• 坐标系统