WebGL簡易教程(三)：繪制一個三角形(緩沖區對象)
1. 概述
在上一篇教程《WebGL簡易教程(二)：向著色器傳輸數據》中，通過向著色器(shader)傳輸數據，改變了繪制點的大小和顏色。之前的例子只能繪制一個點，如果需要繪制如三角形、矩形或者立方體等稍微復雜的圖形，需要怎么做呢？這個時候就需要一種很方便的機制——緩沖區對象（buffer object）。
我們知道，OpenGL/WebGL進行圖形工作，需要訪問顯存的數據。而像C或者JS這樣的編程語言去申請數據，總是保存在內存中——也就是說，需要把內存中的數據傳輸到顯存，OpenGL/WebGL才能進行繪制。數據的申請、傳輸、釋放是一種IO操作，對IO操作而言，分段的、多次的讀寫操作的效率總是比不上一次總體的讀寫操作。緩沖區對象正是用來解決這兩個問題的：我們可以一次性向緩沖區對象填充大量的頂點數據，供頂點著色器使用。
這里就通過繪制一個三角形的實例，來講解緩沖區對象的使用。一般來說，任何三維模型的基本單位就是三角形，會繪制三角形就能繪制任意復雜的圖形。
2. 示例：繪制三角形
同之前的例子一樣，繪制三角形的實例包含HTML和JavaScript兩個部分。
1) HelloTriangle.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<title>Hello Triangle</title>
</head>
<body onload="main()">
<canvas id="webgl" width="400" height="400">
Please use a browser that supports "canvas"
</canvas>
<script src="../lib/webgl-utils.js"></script>
<script src="../lib/webgl-debug.js"></script>
<script src="../lib/cuon-utils.js"></script>
<script src="HelloTriangle.js"></script>
</body>
</html>
這段HTML代碼與之前的例子相比幾乎沒有改動，引入了需要webgl組件和主要的繪制代碼HelloTriangle.js。沒有特別改動的話，以后的html代碼就不再介紹。
2) HelloTriangle.js
// 頂點著色器程序
var VSHADER_SOURCE =
'attribute vec4 a_Position;\n' + // attribute variable
'void main() {\n' +
' gl_Position = a_Position;\n' + // Set the vertex coordinates of the point
'}\n';
// 片元著色器程序
var FSHADER_SOURCE =
'precision mediump float;\n' +
'uniform vec4 u_FragColor;\n' + // uniform変數
'void main() {\n' +
' gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);\n' +
'}\n';
function main() {
// 獲取 <canvas> 元素
var canvas = document.getElementById('webgl');
// 獲取WebGL渲染上下文
var gl = getWebGLContext(canvas);
if (!gl) {
console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
return;
}
// 初始化著色器
if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
console.log('Failed to intialize shaders.');
return;
}
// 設置頂點位置
var n = initVertexBuffers(gl);
if (n < 0) {
console.log('Failed to set the positions of the vertices');
return;
}
// 指定清空<canvas>的顏色
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
// 清空<canvas>
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
// 繪制三角形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
}
function initVertexBuffers(gl) {
var vertices = new Float32Array([
0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5
]);
var n = 3; // 點的個數
// 創建緩沖區對象
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('Failed to create the buffer object');
return -1;
}
// 將緩沖區對象綁定到目標
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
// 向緩沖區對象寫入數據
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);
var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
if (a_Position < 0) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -1;
}
// 將緩沖區對象分配給a_Position變量
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);
// 連接a_Position變量與分配給它的緩沖區對象
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
return n;
}
與之前的繪制JS代碼相比，著色器等大部分內容都沒有變化，最主要的變化是不再通過 gl.vertexAttrib3f()函數向著色器傳遞數據，取而代之的是自定義了一個初始化頂點位置函數initVertexBuffers()。在這個函數中，正是通過緩沖區對象向著色器傳遞數據的。
3) 緩沖區對象
在函數initVertexBuffers()中，可以看到首先初始化了一個JavaScript數組（Float32Array是WebGL引入的特殊的類型化數組，能夠保存大量同一種類型的元素）,它就是緩沖區需要寫入的數據：
var vertices = new Float32Array([
0, 0.5, -0.5, -0.5, 0.5, -0.5
]);
這個數據通過緩沖區對象傳入頂點著色器，需要如下五個步驟：
(1) 創建緩沖區對象(gl.createBuffer())
// 創建緩沖區對象
var vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('Failed to create the buffer object');
return -1;
}
WebGL通過gl.createBuffer()來創建緩沖區對象，它告訴WebGL系統，開辟顯存空間接受內存傳輸過來的數據。其函數的具體說明如下：
(2) 綁定緩沖區對象(gl.bindBuffer())
// 將緩沖區對象綁定到目標
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
由于緩沖區對象可能有多種用途，創建緩沖區之后還需要將其綁定到不同目標上，參數gl.ARRAY_BUFFER表示緩沖區對象存儲的是關于頂點的數據。其綁定函數gl.bindBuffer()的具體說明如下：
(3) 將數據寫入緩沖區對象(gl.bufferData())
// 向緩沖區對象寫入數據
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);
這段代碼的意思是將數組vertices中的數據傳輸到目標gl.ARRAY_BUFFER上的緩沖區對象。其函數的具體說明如下：
(4) 將緩沖區對象分配給attribute變量(gl.vertexAttribPointer())
var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
if (a_Position < 0) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -1;
}
// 將緩沖區對象分配給a_Position變量
gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);
正如《WebGL簡易教程(二)：向著色器傳輸數據》介紹的，通過函數getAttribLocation()獲取頂點著色器的attribute變量a_Position的地址。不同的是，這里用過函數gl.vertexAttribPointer()，將整個緩沖區對象，也就是頂點數據，一次性分配給attribute變量a_Position。其函數的具體說明如下：
(5) 開啟attribute變量(gl.enableVertexAttribArray())
// 連接a_Position變量與分配給它的緩沖區對象
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
最后一步就非常簡單了，開啟attribute變量，建立緩沖區與attribute變量的連接。其函數說明如下：
通過以上五個步驟，著色器就可以根據緩沖區對象的數據進行正確的繪制了。其示意圖如下：
4) 基本圖形繪制
與前兩篇教程中繪制點不同，這里繪制的是一個三角形：
// 繪制三角形
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
可以看到這里同樣是用的函數gl.drawArrays()進行繪制的，其具體的函數說明如下：
第二個參數和第三個參數非常簡單，表示從哪個頂點數據繪制到哪個頂點數據。例如這里繪制三角形表示從第1個點繪制到第3個點。
第一個參數則非常強大，表示可以繪制的7種基本圖形：
基本示意圖如下：
3. 結果
用瀏覽器打開HelloTriangle.html，可以看到繪制了一個紅色的三角形，顯示效果如下所示：
4. 參考
本來部分代碼和插圖來自《WebGL編程指南》。
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