WebGL——绘制水平移动的点、通过鼠标控制绘制、绘制不同颜色的点
本文我们通过WebGL实现了绘制水平移动的点、通过鼠标控制绘制（点击绘制、移动绘制和模拟画笔），快来学习一下吧...
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| 内容 | 参考链接 |
|---|---|
| WebGL+Three.js入门与实战（一） | 给画布换颜色、绘制一个点、三维坐标系 |
| WebGL+Three.js入门与实战（二） | 绘制水平移动的点、通过鼠标控制绘制 |
前言
大家好，这里是前端杂货铺。
上一篇文章，我们学习了如何给画布换颜色、如何绘制一个点并且了解了三维坐标系…
接下来，继续我们 WebGL 内容的学习！
鼠标绘制的三种效果
绘制不同的颜色
一、绘制一个水平移动的点（attribute）
我们在着色器源程序中声明 attribute 变量，js 可以给这个变量传值，再绘制出来，从而就可以实现动态修改点的位置。
以下是 声明 attribute 变量，需要注意的是，attribute 只能在顶点着色器中使用，不能在片元着色器中使用。
// attribute: 存储限定符; vec4: 类型; aPosition: 变量名;
attribute vec4 aPosition;
以下是 获取 attribute 变量，需要注意的是 获取 attribute 变量需要在 initShader 函数之后，因为会用到 program 这个程序对象。获取之后返回变量的存储地址。
// program: 程序对象; 'aPosition': 指定想要获取存储地址的 attribute 变量的名称
const aPositon = gl.getAttribLocation(program, 'aPosition');
以下是 给 attribute 变量赋值，可以传递 1/2/3 个分量的值，没有传递的值为 0.0。
// location: 指定 attribute 变量的存储位置; v0, v1, v2, v3: 传入的分量值;
gl.vertexAttrib1f(location, v0);
gl.vertexAttrib2f(location, v0, v1);
gl.vertexAttrib3f(location, v0, v1, v2);
gl.vertexAttrib4f(location, v0, v1, v2, v3);
绘制流程如下：
基于以上知识点，我们使用 attribute 变量绘制一个水平移动的点
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<script src="./index.js"></script>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="400" height="400" style="background: gray;">
此浏览器不支持canvas
</canvas>
<script>
const ctx = document.getElementById('canvas');
const gl = ctx.getContext('webgl');
// 着色器
// 创建着色器源码
// 顶点着色器
const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
// 存储限定符 类型 变量名 分号 (注: attribute 只传递顶点数据)
attribute vec4 aPosition;
void main() {
gl_Position = aPosition; // vec4(0.0,0.0,0.0,1.0)
gl_PointSize = 30.0;
}
`;
// 片元着色器
const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
void main() {
// r g b a
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`
const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE);
// 获取 attribute 变量，返回变量的存储地址
const aPosition = gl.getAttribLocation(program, 'aPosition');
let x = 0;
setInterval(() => {
x += 0.1;
if (x > 1.0) {
x = 0;
}
// 给 attribute 变量赋值
gl.vertexAttrib1f(aPosition, x);
// 执行绘制
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}, 200)
</script>
</body>
</html>
attribute绘制一个水平移动的点
二、通过鼠标控制绘制
1、鼠标点击绘制点
接下来，我们通过鼠标来控制在画布上绘制点。
- 屏幕坐标通过
event.clickX和event.clickY来获取 - 画布边距通过
event.target.getBoundingClientRect()来获取，其 .left 和 .right 等同于 ctx.offsetWidth 和 ctx.offsetHeight - 画布的坐标通过
屏幕坐标 - 画布边距获取 - 转为 ndc 坐标：设画布的长和宽均为 400px，那么原点为 0，最左为 -200px，最右为 200px。想要转为原点为 0，最左为 -1，最右为 1，就可以均除以 200。最上和最下同理。
示例：我们点击画布的左上角的位置，查看控制台输出的坐标，如下
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<script src="./index.js"></script>
<style>
* {
margin: 0;
padding: 0;
}
canvas {
margin: 50px auto 0;
display: block;
background: yellow;
}
</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="400" height="400">
此浏览器不支持canvas
</canvas>
<script>
const ctx = document.getElementById('canvas');
const gl = ctx.getContext('webgl');
// 着色器
// 创建着色器源码
// 顶点着色器
const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
// 存储限定符 类型 变量名 分号 (注: attribute 只传递顶点数据)
attribute vec4 aPosition;
void main() {
gl_Position = aPosition; // vec4(0.0,0.0,0.0,1.0)
gl_PointSize = 10.0; // 点的大小
}
`;
// 片元着色器
const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
void main() {
// r g b a 绘制颜色
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`
const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE);
// 获取 attribute 变量，返回变量的存储地址
const aPosition = gl.getAttribLocation(program, 'aPosition');
ctx.onclick = function (event) {
// 坐标
const x = event.clientX;
const y = event.clientY;
console.log("鼠标点击的屏幕坐标：", x, y);
// 获取边距 (上边距和左边距) domPosition.left 等同于 ctx.offsetLeft 的值
const domPosition = event.target.getBoundingClientRect();
console.log("画布边距：", domPosition.left, domPosition.top);
// 点击的点位于画布上方 、 左侧的距离 (domPosition.left: 568(基于我显示屏的长度), domPosition.top: 50)
const domx = x - domPosition.left;
const domy = y - domPosition.top;
console.log("画布的坐标：", domx, domy);
// 固定值，画布长和宽的一半，均为200
const halfWidth = ctx.offsetWidth / 2;
const halfHeight = ctx.offsetHeight / 2;
console.log("画布长和宽的一半：", halfWidth, halfHeight);
// 转为 ndc坐标 (-1, 1)
const clickX = (domx - halfWidth) / halfWidth;
const clickY = (halfHeight - domy) / halfHeight;
console.log("转为ndc的坐标：", clickX, clickY);
// 给 attribute 变量赋值
gl.vertexAttrib2f(aPosition, clickX, clickY);
// 执行绘制
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}
</script>
</body>
</html>
通过鼠标点击绘制点
2、鼠标移动绘制点
改为 ctx.onmousemove 实现鼠标移动：
绘制点跟随鼠标
3、模拟画笔
改为 ctx.onmousemove 的基础上，在 ctx.onmousemove 之前定义一个存储点的数组 points
const points = [];
把以下内容替换掉，从而实现画笔效果：
// 给 attribute 变量赋值
// gl.vertexAttrib2f(aPosition, clickX, clickY);
// 执行绘制
// gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
for (let i = 0; i < points.length; i++) {
gl.vertexAttrib2f(aPosition, points[i].clickX, points[i].clickY);
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}
画笔
三、绘制不同颜色的点（uniform）
通过点击不同位置来控制绘制不同颜色的点，我们可以通过使用 uniform 变量来实现。
- 我们在片元着色器源码中声明 uColor，在 main 函数中进行相应设置。（没有的分量补全即可）
- 我们需要设置片元着色器的精度，它决定了 GPU 在计算 float 时使用的精度（highp、mediump、lowp，分别代表 高、中、低 精度）
- 通过
getUniformLocation可以获取 uniform 变量的内存地址 - 通过鼠标点击的位置，控制绘制的点的颜色
gl.uniform2f(uColor, points[i].clickX, points[i].clickY)
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<script src="./index.js"></script>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="400" height="400" style="background: yellow;">
此浏览器不支持canvas
</canvas>
<script>
const ctx = document.getElementById('canvas');
const gl = ctx.getContext('webgl');
// 着色器
// 创建着色器源码
// 顶点着色器
const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
// 存储限定符 类型 变量名 分号 (注: attribute 只传递顶点数据)
attribute vec4 aPosition;
void main() {
gl_Position = aPosition; // vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
gl_PointSize = 10.0;
}
`;
// 片元着色器
const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
// 设置精度为中精度，高精度为 highp，低精度为lowp
precision mediump float;
uniform vec2 uColor;
void main() {
// r g b a
gl_FragColor = vec4(uColor.r, uColor.g, 0.0, 1.0);
}
`
const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE);
// 获取 attribute 变量，返回变量的存储地址
const aPosition = gl.getAttribLocation(program, 'aPosition');
// 获取 uniform 变量，返回变量的存储地址（包含顶点和片元着色器的程序对象，uniform变量名称）
const uColor = gl.getUniformLocation(program, 'uColor');
// 指定 uniform 的存储地址，四个分量
gl.uniform4f(uColor, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
let points = [];
ctx.onclick = function (event) {
// 坐标
const x = event.clientX;
const y = event.clientY;
// 获取边距 (上边距和左边距) domPosition.left 等同于 ctx.offsetLeft 的值
const domPosition = event.target.getBoundingClientRect();
// 点击的点位于画布上方、 左侧的距离 (domPosition.left: 568(基于我显示屏的长度), domPosition.top: 50)
const domx = x - domPosition.left;
const domy = y - domPosition.top;
// 固定值，画布长和宽的一半，均为200
const halfWidth = ctx.offsetWidth / 2;
const halfHeight = ctx.offsetHeight / 2;
// 转为 ndc坐标 (-1, 1)
const clickX = (domx - halfWidth) / halfWidth;
const clickY = (halfHeight - domy) / halfHeight;
points.push({ clickX, clickY });
for (let i = 0; i < points.length; i++) {
gl.vertexAttrib2f(aPosition, points[i].clickX, points[i].clickY);
gl.uniform2f(uColor, points[i].clickX, points[i].clickY);
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}
}
</script>
</body>
</html>
绘制不同的颜色
总结
本文，我们首先实现了绘制水平移动的点，之后通过坐标的转移，认识了 ndc 坐标的求解，从而实现了鼠标控制绘制，（包括点击绘制、移动绘制和模拟画布）的效果。此外，我们通过 uniform 实现了绘制不同颜色的点。
更多 WebGL 和 Three.js 内容正在更新中…
好啦，本篇文章到这里就要和大家说再见啦，祝你这篇文章阅读愉快，你下篇文章的阅读愉快留着我下篇文章再祝！
参考资料：
- 百度百科 · WebGL
- WebGL + Three.js入门与实战【作者：yancy_慕课网】
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