WebGL基础 - 笔记

为什么要使用 WebGL/GPU 怎样使用 WebGL（WebGL 入门第一步） 更多读物

# WebGL 基础 - 笔记

# Why WebGL/Why GPU？

# WebGL 是什么？

• GPU ≠ WebGL ≠ 2D
• WebGL 是浏览器上的 OpenGL
• 需要一定计算机图形学基础和线性代数基础

# Modern Graphics System

光栅（Raster）：几乎所有的现代图形系统都是基于光栅来绘制图形的，光栅就是指构成图像的像素阵列。

像素（Pixel）：一个像素对应图像上的一个点，它通常保存图像上的某个具体位置的颜色等信息。

帧缓存（Frame Buffer）：在绘图过程中，像素信息被存放于帧缓存中，帧缓存是一块内存地址。

CPU（Central Processing Unit）：中央处理单元，负责逻辑计算。

GPU（Graphics Processing Unit）：图形处理单元，负责图形计算。

一般来说，在图形绘制时，有以下步骤：

1. 轮廓提取 /meshing
2. 光栅化
3. 帧缓存
4. 渲染

# CPU vs GPU

CPU 的优势在于：CPU 能够处理大计算量的任务，但是 CPU 的并行处理有上限

GPU 的优势在于：GPU 的计算量处理能力不大，但是 GPU 中的所有计算都可以并行处理

因为图形渲染的像素处理数量一般都是非常大的，但是每个像素的计算量却不大，所以 GPU 处理图形渲染就非常有优势

# WebGL Startup

1. 创建 WebGL 上下文
2. 创建 WebGL Program
3. 将数据存入缓冲区
4. 将缓冲区数据读取到 GPU
5. GPU 执行 WebGL 程序，输出结果

# Shaders（着色器）

Vertex Shader

attribute vec2 position;

void main() {
    gl_Pointsize = 1.0; // 设置像素点大小为 1.0
    gl_Position = vec4(position，1.0，1.0 );
}

Fragment Shader

precision mediump float;

void main() {
    // 每个像素都被并行执行这段代码，设置了像素的颜色
    gl_Fragcolor = vec4(1.0，0.0，0.0，1.0 );
}

着色器内可以执行向量运算，并且定义的变量可以共享：

# Create Program

webgl 是一个很底层的 API，所以创建 webgl 程序也是个比较复杂的过程，类似编译器的工作需要自己写

const canvas = document.querySelector('canvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');

const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertex);
gl.compileShader(vertexShader);

const fragmentShader = gl.createShader( gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragment);
gl.compileShader(fragmentShader);

const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);

gl.useProgram(program) ;

# Data to Frame Buffer

如何创建一个三角形？

const points = new Float32Array([
    -1, -1, // 坐标 (-1, -1)
    0, 1,   // 坐标 (0, 1)
    1, -1,  // 坐标 (1, -1)
]);

# Frame Buffer to GPU

# Output

gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, points.length / 2);

# WebGL 的封装库 —Mesh.js

# Polygons

如何绘制一个多边形？

• 三角剖分

可以使用 Earcut 库进行三角剖分

# 3D Meshing

一般来说，3D 的模型是在设计软件里先设计好再导出，而不是像 2D 一样实时计算

# Transform

# 3D Matrix

3D 标准模型的四个齐次矩阵（mat4）

1. 投影矩阵 Projection Matrix
2. 模型矩阵 Model Matrix
3. 视图矩阵 View Matrix
4. 法向量矩阵 Normal Matrix

# Read More

1. The book of shaders
2. Mesh.js
3. glsl-doodle
4. SpriteJS
5. ThreeJS
6. shadertoy.com

# 参考资料

• 字节青训营课程