24 WebGL从指定视点观察旋转后的三角形

2018-03-04 02:50:26 人阅读

案例查看有问题?
全屏试试!

案例解析

键盘上下左右键修改观察者视角 

举个例子,默认情况下视点在原点,实现沿着Z轴负方向进行观察。假如我们将视点移动到(0,0,1),如图所示。这时,视点与被观察的三角形的距离增加了1.0个单位。实际上,如果我们使三角形沿Z轴负方向移动1.0个单位,也可以达到同样的的效果,因为这两种方法处理完后,两个点的位置之间的关系是一样的。

“改变观察者的状态”与“对整个世界进行平移和旋转变换”,本质上是一样的,它们都可以用矩阵来描述。

我们需要两个矩阵:旋转矩阵(表示三角形的旋转)和视图矩阵(表示观察世界的方式)

用视图矩阵乘以顶点坐标会把顶点变换到合适的位置,使得观察者(以默认状态)观察新位置的顶点,就好像在观察者处在(视图矩阵描述的)视点上观察原始顶点一样。现在要在某个视点观察旋转后的三角形,我们需要先旋转三角形,然后从这个视点来观察它。换句话说,我们需要先对三角形进行旋转变换,再对旋转后的三角形进行“移动视点”等效的变换。我们按照上述顺序相乘两个矩阵。具体看一下等式。

获取旋转后的顶点坐标:

<旋转后的顶点坐标>=<旋转矩阵>x<原始顶点坐标>

在获取“从视点上看上去”的旋转后的顶点坐标:

<“从视点看上去”的旋转后的顶点坐标>=<视图矩阵>x<旋转后顶点坐标>

两个式子代入,可得:

<“从视点看上去”的旋转后的顶点坐标>=<视图矩阵>x<旋转矩阵>x<原始顶点坐标>

除了旋转矩阵,你还可以使用平移、缩放等基本变换矩阵或它们的组合,这时的矩阵被称为模型矩阵(model matrix)。上面的式子可以写成

<视图矩阵>x<模型矩阵>x<原始顶点坐标>

所以上一节的代码,我们只需要修改两个地方既可以实现:

(1)顶点着色器:

 

[javascript] view plain copy
 
  1. //顶点着色器  
  2. var VSHADER_SOURCE = "" +  
  3.     "attribute vec4 a_Position;\n" +  
  4.     "attribute vec4 a_Color;\n" +  
  5.     "uniform mat4 u_ViewMatrix;\n" +  
  6.     "uniform mat4 u_ModelMatrix;\n" +  
  7.     "varying vec4 v_Color;\n" +  
  8.     "void main(){" +  
  9.     "   gl_Position = u_ViewMatrix * u_ModelMatrix * a_Position;\n" +  
  10.     "   v_Color = a_Color;\n" +  
  11.     "}\n";  

多声明了一个模型矩阵,然后在运算里面加入。

(2)获取模型矩阵并且赋值

 

在上面的代码中,程序对每个顶点进行<视图矩阵>x<模型矩阵>x<原始顶点坐标>的运算。但是无论对哪个顶点而言,两个矩阵相乘的结果都是一样的。所以我们可以在js代码里面,计算出相乘的结果,再传到顶点着色器里面。这两个矩阵相乘的结果被称为模型视图矩阵(model view matrix),如下所示

<模型视图矩阵>=<视图矩阵>x<模型矩阵>

在顶点着色器中的运算,则可以简化为:

<模型视图矩阵>x<顶点坐标>

然后代码就可以简化为:

(1)顶点着色器:

 

[javascript] view plain copy
 
  1. //顶点着色器  
  2. var VSHADER_SOURCE = "" +  
  3.     "attribute vec4 a_Position;\n" +  
  4.     "attribute vec4 a_Color;\n" +  
  5.     "uniform mat4 u_ModelViewMatrix;\n" +  
  6.     "varying vec4 v_Color;\n" +  
  7.     "void main(){" +  
  8.     "   gl_Position = u_ModelViewMatrix * a_Position;\n" +  
  9.     "   v_Color = a_Color;\n" +  
  10.     "}\n";  

(2)给模模型视图矩阵赋值

 

[javascript] view plain copy
 
  1. //设置视角矩阵的相关信息  
  2. var u_ModelViewMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_ModelViewMatrix");  
  3. if (u_ModelViewMatrix < 0) {  
  4.     console.log("无法获取矩阵变量的存储位置");  
  5.     return;  
  6. }  
  7.   
  8. //设置视角矩阵的相关信息(视点,视线,上方向)  
  9. var viewMatrix = new Matrix4();  
  10. viewMatrix.setLookAt(0.20, 0.25, 0.25, 0, 0, 0, 0, 1, 0);  
  11.   
  12. //设置模型矩阵的相关信息  
  13. var modelMatrix = new Matrix4();  
  14. modelMatrix.setRotate(-10,5,0,1);  
  15.   
  16. //计算出模型视图矩阵 viewMatrix.multiply(modelMatrix)相当于在着色器里面u_ViewMatrix * u_ModelMatrix  
  17. var modeViewMatrix = viewMatrix.multiply(modelMatrix);  
  18.   
  19. //将试图矩阵传给u_ViewMatrix变量  
  20. gl.uniformMatrix4fv(u_ModelViewMatrix, false, modeViewMatrix.elements);  

案例源代码


                        
 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport"
          content="width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <title>Title</title>
    <style>
        body {
            margin: 0;
            text-align: center;
        }
 
        #canvas {
            margin: 0;
        }
    </style>
</head>
<body onload="main()">
<canvas id="canvas" height="800" width="800"></canvas>
</body>
<script src="/lib/webgl-utils.js"></script>
<script src="/lib/webgl-debug.js"></script>
<script src="/lib/cuon-utils.js"></script>
<script src="/lib/cuon-matrix.js"></script>
<script>
    //顶点着色器
    var VSHADER_SOURCE = "" +
        "attribute vec4 a_Position;\n" +
        "attribute vec4 a_Color;\n" +
        "uniform mat4 u_ModelViewMatrix;\n" +
        "varying vec4 v_Color;\n" +
        "void main(){" +
        "   gl_Position = u_ModelViewMatrix * a_Position;\n" +
        "   v_Color = a_Color;\n" +
        "}\n";
 
    //片元着色器
    var FSHADER_SOURCE = "" +
        "#ifdef GL_ES\n" +
        "precision mediump float;\n" +
        "#endif\n" +
        "varying vec4 v_Color;\n" +
        "void main(){" +
        "   gl_FragColor = v_Color;\n" +
        "}\n";
 
    //声明js需要的相关变量
    var g_eyeX=0.20,g_eyeY=0.25,g_eyeZ=0.25;
 
    function main() {
        var canvas = document.getElementById("canvas");
        var gl = getWebGLContext(canvas);
        if (!gl) {
            console.log("你的浏览器不支持WebGL");
            return;
        }
 
        //初始化着色器
        if(!initShaders(gl,VSHADER_SOURCE,FSHADER_SOURCE)){
            console.log("无法初始化着色器");
            return;
        }
 
        var n = initVertexBuffers(gl);
        if (n < 0) {
            console.log("无法创建缓冲区");
            return;
        }
 
        //设置视角矩阵的相关信息
        var u_ModelViewMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_ModelViewMatrix");
        if (u_ModelViewMatrix < 0) {
            console.log("无法获取矩阵变量的存储位置");
            return;
        }
 
        //设置底色
        gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
 
        //进入场景初始化
        draw(gl,n,u_ModelViewMatrix);
 
        document.onkeydown = function (event) {
            keydown(event,gl,n,u_ModelViewMatrix);
        }
    }
 
    function keydown(event,gl,n,u_ModelViewMatrix) {
        if(event.keyCode == 39){
            g_eyeX += 0.01;
        }else if(event.keyCode == 37){
            g_eyeX -= 0.01;
        }else if(event.keyCode == 38){
            g_eyeY += 0.01;
        }else if(event.keyCode == 40){
            g_eyeY -= 0.01;
        }else {
            return;
        }
 
        draw(gl,n,u_ModelViewMatrix);
    }
 
    function draw(gl,n,u_ModelViewMatrix) {
        //设置视角矩阵的相关信息(视点,视线,上方向)
        var viewMatrix = new Matrix4();
        viewMatrix.setLookAt(g_eyeX, g_eyeY, g_eyeZ, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 
        //设置模型矩阵的相关信息
        var modelMatrix = new Matrix4();
        modelMatrix.setRotate(-10,0,0,1);
 
        //计算出模型视图矩阵 viewMatrix.multiply(modelMatrix)相当于在着色器里面u_ViewMatrix * u_ModelMatrix
        var modeViewMatrix = viewMatrix.multiply(modelMatrix);
 
        //将试图矩阵传给u_ViewMatrix变量
        gl.uniformMatrix4fv(u_ModelViewMatrix, false, modeViewMatrix.elements);
 
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
 
        //绘制图形
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, n);
 
    }
 
    function initVertexBuffers(gl) {
        var verticesColors = new Float32Array([
            //顶点的坐标和颜色
            0.0, 0.5, -0.4, 0.4, 1.0, 0.4, // 绿色三角形,在最后面的三个点
            -0.5, -0.5, -0.4, 0.4, 1.0, 0.4,
            0.5, -0.5, -0.4, 1.0, 0.4, 0.4,
 
            0.5, 0.4, -0.2, 1.0, 0.4, 0.4, // 黄色三角形,在中间的三个点
            -0.5, 0.4, -0.2, 1.0, 1.0, 0.4,
            0.0, -0.6, -0.2, 1.0, 1.0, 0.4,
 
            0.0, 0.5, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,  // 蓝色三角形,在最前面的三个点
            -0.5, -0.5, 0.0, 0.4, 0.4, 1.0,
            0.5, -0.5, 0.0, 1.0, 0.4, 0.4
        ]);
 
        var n = 9;
 
        //创建缓冲区对象
        var vertexColorBuffer = gl.createBuffer();
        if (!vertexColorBuffer) {
            console.log("无法创建缓冲区对象");
            return -1;
        }
 
        //绑定缓冲区对象并写入数据
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexColorBuffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesColors, gl.STATIC_DRAW);
 
        //获取数组中一个元素所占的字节数
        var fsize = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;
 
        //获取顶点位置变量位置
        var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, "a_Position");
        if (a_Position < 0) {
            console.log("无法获取顶点位置的存储变量");
            return -1;
        }
 
        //对位置的顶点数据进行分配,并开启
        gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, fsize * 6, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
 
        //获取顶点颜色的变量
        var a_Color = gl.getAttribLocation(gl.program, "a_Color");
        if (a_Color < 0) {
            console.log("无法获取顶点位置的存储变量");
            return -1;
        }
 
        //对位置的顶点数据进行分配,并开启
        gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, fsize * 6, fsize * 3);
        gl.enableVertexAttribArray(a_Color);
 
        return n;
    }
</script>
</html>
展开内容

联系我们

一个人的力量不如两个人的,两个人的力量不如一群人的。欢迎加入大家庭一起共同学习,共同进步。

查看更多