前面我们学习了平行光源，环境光源，今天我们一起学习一下点光源下的物体的效果
上面的效果就是通过点光源生成的阴影效果
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<title>Title</title>
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body {
margin: 0;
text-align: center;
}
#canvas {
margin: 0;
}
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<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" +
"attribute vec4 a_Color;\n" +
"attribute vec4 a_Normal;\n" +//法向量
"uniform mat4 u_ModelMatrix;\n" + //模型矩阵
"uniform mat4 u_MvpMatrix;\n" + //模型视图投影矩阵
"uniform mat4 u_NormalMatrix;\n" + //用来变换法向量的矩阵
"uniform vec3 u_LightColor;\n" + //光线颜色
"uniform vec3 u_LightPosition;\n" + //光源位置（世界坐标系）
"uniform vec3 u_AmbientLight;\n" + //环境光颜色
"varying vec4 v_Color;\n" +
"void main(){\n" +
" gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n" +
//对法向量进行归一化
" vec3 normal = normalize(vec3(u_NormalMatrix * a_Normal));\n" + //动态的法向量会被处理后并归一化
//计算顶点的世界坐标
" vec4 vertexPosition = u_ModelMatrix * a_Position;\n" +
//计算光线方向并归一化
" vec3 lightDirection = normalize(u_LightPosition - vec3(vertexPosition));\n" +
//计算光线方向和法向量的点积
" float nDotL = max(dot(lightDirection,normal),0.0);\n" +
//计算漫反射光的颜色
" vec3 diffuse = u_LightColor * vec3(a_Color) * nDotL;\n" +
//计算环境光产生的反射光颜色
" vec3 ambient = u_AmbientLight * a_Color.rgb;\n" +
//将以上两者相加得到物体最终的颜色
" v_Color = vec4(diffuse+ambient,a_Color.a);\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(){\n" +
" gl_FragColor = v_Color;\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(90, 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>
和上面一节的代码最大的变化发生在顶点着色器中。首先使用模型矩阵变化顶点坐标，获得顶点在世界坐标系中的坐标（即变换后的坐标），以便计算点光源光在顶点处的方向。点光源向四周放射光线，所以顶点处的光线方向是由点光源光坐标减去顶点坐标而得到的矢量。点光源在世界坐标系中的坐标已经传给了着色器中的u_LightPosition，而前面也已经算出了顶点在世界坐标系中的坐标，这样就计算出了光线方向矢量lightDirection。最后需要使用normalize()函数进行归一化，以保证光线方向矢量的长度为1.0.最后，计算光线方向矢量与法向量的点积，从而算出了每个顶点的颜色。
但是，我们发现逐顶点处理出来的立方体和逐片元处理出来的效果有一定的区别。
上图是逐顶点绘制出来的图形
上图是逐片元绘制出来的效果
发现两个有很大的区别，而且逐片元着色器绘制出来的效果更好，下一节我们使用逐片元处理光源光照效果
