35 WebGL物体的点光源的效果（逐片元处理光源光照效果）

原创

暮志未晚 2023-01-30 16:25:30 ©著作权

文章标签 光照漫反射点光源 WebGL 片元处理 文章分类 数据可视化人工智能

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上一节提到过，逐顶点和逐片元有区别，这一节先上图，看效果，下面两张图，大家应该很容易就分辨出区别

35 WebGL物体的点光源的效果（逐片元处理光源光照效果）_片元处理

35 WebGL物体的点光源的效果（逐片元处理光源光照效果）_WebGL_02

看上面的两张图，就会发现逐片元由于内插的效果，过渡的时候，会更加的柔和。

案例代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport"
          cnotallow="width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" cnotallow="ie=edge">
    <title>Title</title>
    <style>
        body {
            margin: 0;
            text-align: center;
        }

        #canvas {
            margin: 0;
        }
    </style>
</head>
<body οnlοad="main()">
<canvas id="canvas" height="800" width="1200"></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' +    //顶点位置
        'attribute vec4 a_Color;\n' +       //顶点颜色
        'attribute vec4 a_Normal;\n' +      //法向量
        'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +     //模型视图投影矩阵
        'uniform mat4 u_ModelMatrix;\n' +    // 模型矩阵
        'uniform mat4 u_NormalMatrix;\n' +   // 逆转置矩阵
        'varying vec4 v_Color;\n' +
        'varying vec3 v_Normal;\n' +
        'varying vec3 v_Position;\n' +
        'void main() {\n' +
        '  gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + //处理通过模型视图投影矩阵转换后的位置
        '  v_Position = vec3(u_ModelMatrix * a_Position);\n' + // 计算出顶点的世界坐标，通过模型矩阵
        '  v_Normal = normalize(vec3(u_NormalMatrix * a_Normal));\n' + //计算出当前顶点的法向量并且归一化
        '  v_Color = a_Color;\n' + //传值颜色
        '}\n';

    // Fragment shader program
    var FSHADER_SOURCE =
        '#ifdef GL_ES\n' +
        'precision mediump float;\n' +      //设置float类型的值的精度
        '#endif\n' +
        'uniform vec3 u_LightColor;\n' +     // 点光源的颜色
        'uniform vec3 u_LightPosition;\n' +  // 点光源的位置
        'uniform vec3 u_AmbientLight;\n' +   // 环境光的颜色
        'varying vec3 v_Normal;\n' +
        'varying vec3 v_Position;\n' +
        'varying vec4 v_Color;\n' +
        'void main() {\n' +
        // 对法线进行归一化，因为其内插之后长度不一定是1.0
        '  vec3 normal = normalize(v_Normal);\n' +
        // 计算光线方向并归一化
        '  vec3 lightDirection = normalize(u_LightPosition - v_Position);\n' +
        // 计算光线方向和法向量的点积
        '  float nDotL = max(dot(lightDirection, normal), 0.0);\n' +
        // 计算diffuse、ambient以及最终的颜色
        '  vec3 diffuse = u_LightColor * v_Color.rgb * nDotL;\n' +
        '  vec3 ambient = u_AmbientLight * v_Color.rgb;\n' +
        '  gl_FragColor = vec4(diffuse + ambient, v_Color.a);\n' +
        '}\n';


    //主函数，页面加载完成触发
    function main() {
        //获取canvas对象
        var canvas = document.getElementById("canvas");

        //获取WebGL上下文
        var gl = getWebGLContext(canvas);
        if (!gl) {
            console("您的浏览器不支持WebGL");
            return;
        }

        //初始化着色器
        if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
            console.log("初始化着色器失败");
            return;
        }

        //设置顶点的坐标、颜色和法向量
        var n = initVertexBuffers(gl);
        if (n < 0) {
            console.log("无法获取到顶点个数，设置顶点坐标、颜色和法向量失败");
            return;
        }

        //初始化背景色和前后关系功能开启
        gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
        gl.enable(gl.DEPTH_TEST);

        //获取模型视图投影矩阵、光线颜色变量和归一化世界坐标uniform变量的存储位置
        var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_MvpMatrix");
        var u_ModelMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_ModelMatrix");
        var u_NormalMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_NormalMatrix");


        var u_LightColor = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_LightColor");
        var u_LightPosition = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_LightPosition");
        var u_AmbientLight = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_AmbientLight");

        if (!u_ModelMatrix || !u_LightColor || !u_LightPosition || !u_AmbientLight || !u_NormalMatrix || !u_MvpMatrix) {
            console.log("无法获取相关的存储位置，或者未定义");
            return;
        }

        //设置光线颜色（白色）
        gl.uniform3f(u_LightColor, 1.0, 1.0, 1.0);
        //设置光线方向（不是世界坐标系下的，所以讲这些取消掉，直接把位置传入）
        gl.uniform3f(u_LightPosition, 2.0, 3.0, 4.0);
        //设置环境光颜色
        gl.uniform3f(u_AmbientLight, 0.2, 0.2, 0.2);

        //声明矩阵
        var mvpMatrix = new Matrix4(); //声明一个模型视图投影矩阵
        var modelMatrix = new Matrix4(); //模型矩阵
        var normalMatrix = new Matrix4(); //用来变换法向量的矩阵

        //计算矩阵
        mvpMatrix.setPerspective(30, canvas.width / canvas.height, 1, 100);//设置透视矩阵
        mvpMatrix.lookAt(6, 6, 14, 0, 0, 0, 0, 1, 0); //设置视点的位置

        modelMatrix.setRotate(0, 0, 1, 0);

        mvpMatrix.multiply(modelMatrix);


        //将移动后的模型传给u_MvpMatrix变量
        gl.uniformMatrix4fv(u_ModelMatrix, false, modelMatrix.elements);

        //将模型视图投影矩阵传给u_MvpMatrix变量
        gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);

        //根据模型矩阵计算用来变换法向量的矩阵
        normalMatrix.setInverseOf(modelMatrix);
        normalMatrix.transpose();
        //将用来变换放下了的矩阵传给u_NormalMatrix变量
        gl.uniformMatrix4fv(u_NormalMatrix, false, normalMatrix.elements);

        //清除底色和深度缓冲区
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

        gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0); //绘制图形
    }

    function initVertexBuffers(gl) {
        // 绘制一个立方体
        //    v6----- v5
        //   /|      /|
        //  v1------v0|
        //  | |     | |
        //  | |v7---|-|v4
        //  |/      |/
        //  v2------v3
        var vertices = new Float32Array([   // 顶点坐标
            2.0, 2.0, 2.0, -2.0, 2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, 2.0, -2.0, 2.0, // v0-v1-v2-v3 front
            2.0, 2.0, 2.0, 2.0, -2.0, 2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, 2.0, -2.0, // v0-v3-v4-v5 right
            2.0, 2.0, 2.0, 2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, 2.0, // v0-v5-v6-v1 up
            -2.0, 2.0, 2.0, -2.0, 2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, 2.0, // v1-v6-v7-v2 left
            -2.0, -2.0, -2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, -2.0, 2.0, -2.0, -2.0, 2.0, // v7-v4-v3-v2 down
            2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, -2.0, 2.0, -2.0, 2.0, 2.0, -2.0  // v4-v7-v6-v5 back
        ]);


        var colors = new Float32Array([    // 顶点颜色
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v1-v2-v3 front
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v3-v4-v5 right
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v0-v5-v6-v1 up
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v1-v6-v7-v2 left
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0,     // v7-v4-v3-v2 down
            1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0　    // v4-v7-v6-v5 back
        ]);

        var normals = new Float32Array([    // 法向量
            0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0,  // v0-v1-v2-v3 front
            1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0,  // v0-v3-v4-v5 right
            0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0,  // v0-v5-v6-v1 up
            -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0,  // v1-v6-v7-v2 left
            0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0,  // v7-v4-v3-v2 down
            0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0   // v4-v7-v6-v5 back
        ]);


        // 绘制点的顺序下标
        var indices = new Uint8Array([
            0, 1, 2, 0, 2, 3,    // front
            4, 5, 6, 4, 6, 7,    // right
            8, 9, 10, 8, 10, 11,    // up
            12, 13, 14, 12, 14, 15,    // left
            16, 17, 18, 16, 18, 19,    // down
            20, 21, 22, 20, 22, 23     // back
        ]);


        // 通过initArrayBuffer方法将顶点数据保存到缓冲区
        if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Position', vertices, 3, gl.FLOAT)) return -1;
        if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Color', colors, 3, gl.FLOAT)) return -1;
        if (!initArrayBuffer(gl, 'a_Normal', normals, 3, gl.FLOAT)) return -1;

        // 创建顶点索引缓冲区对象
        var indexBuffer = gl.createBuffer();
        if (!indexBuffer) {
            console.log('无法创建顶点索引的缓冲区对象');
            return -1;
        }

        //将顶点索引数据存入缓冲区
        gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
        gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW);

        return indices.length;
    }

    function initArrayBuffer(gl, attribute, data, num, type) {
        //创建缓冲区对象
        var buffer = gl.createBuffer();
        if (!buffer) {
            console.log("无法创建缓冲区对象");
            return false;
        }
        //绑定缓冲区，并将数据存入缓冲区
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);

        //获取相关变量存储位置，赋值并开启缓冲区
        var a_attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attribute);
        if (a_attribute < 0) {
            console.log("无法获取" + attribute + "变量的相关位置");
            return false;
        }

        //向缓冲区赋值
        gl.vertexAttribPointer(a_attribute, num, type, false, 0, 0);

        //开启数据，并解绑缓冲区
        gl.enableVertexAttribArray(a_attribute);
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);

        return true;
    }
</script>
</html>