WebGL简介：使用JavaScript构建3D图形应用程序

WebGL（Web图形库）是一种JavaScript API，允许开发人员在Web浏览器中创建和渲染交互式3D图形。它提供了JavaScript编程语言和底层图形硬件之间的桥梁，使得创建沉浸式和视觉效果出色的Web应用程序成为可能。在本文中，我们将探索WebGL的基础知识，并演示如何使用JavaScript构建一个简单的3D图形应用程序。

WebGL基础知识

WebGL基于OpenGL ES（嵌入式系统）标准，广泛应用于游戏行业和其他图形密集型应用程序。它利用计算机的GPU（图形处理单元）执行复杂的渲染任务，使得在浏览器环境中创建高性能的3D图形成为可能。

要开始使用WebGL，我们需要在HTML画布元素中包含WebGL上下文。画布元素用于容纳渲染的图形。以下是设置基本WebGL环境的示例。

示例

<!DOCTYPE html>
<html>
   <head>
      <title>WebGL Example</title>
      <style>
         body {
            margin: 0;
            overflow: hidden;
         }
         canvas {
            display: block;
         }
      </style>
   </head>
   <body>
      <canvas id="myCanvas"></canvas>
      <script>
         const canvas = document.getElementById("myCanvas");
         const gl = canvas.getContext("webgl");
         if (!gl) {
            alert("Unable to initialise WebGL. Your browser may not support it.");
         }
      </script>
   </body>
</html>

解释

在上面的代码中，我们首先创建一个带有id“myCanvas”的画布元素。然后，我们使用JavaScript获取对画布元素的引用，并通过调用getContext方法并传入参数“webgl”来请求WebGL上下文。如果浏览器支持WebGL，则getContext方法将返回一个WebGLRenderingContext对象，我们可以将其存储在gl变量中。如果不支持WebGL，则会显示一个警告消息。

渲染3D图形

一旦我们获得了WebGL上下文，我们就可以在画布上开始渲染3D图形。WebGL通过在GPU上执行一系列OpenGL ES着色器程序来工作，这些程序执行必要的计算来转换和渲染3D场景的顶点和像素。

着色器程序是在GPU上运行的一组指令。在WebGL中有两种类型的着色器：顶点着色器和片元着色器。顶点着色器处理3D对象的每个顶点，转换其位置、颜色和其他属性。另一方面，片元着色器确定几何形状内每个像素的颜色。

为了渲染一个简单的3D对象，我们需要定义其几何形状并指定将使用的着色器程序。下面是一个使用WebGL渲染旋转立方体的示例。

示例

<!DOCTYPE html>
<html>
   <head>
      <title>WebGL Example</title>
      <style>
         body {
            margin: 0;
            overflow: hidden;
         }
         canvas {
            display: block;
         }
      </style>
      <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/gl-matrix/2.8.1/gl-matrix.js"></script>
   </head>
   <body>
      <canvas id="myCanvas"></canvas>
      <script>
         const canvas = document.getElementById("myCanvas");
         const gl = canvas.getContext("webgl");
         if (!gl) {
            alert("Unable to initialise WebGL. Your browser may not support it.");
         }

         // Define the vertex shader
         const vertexShaderSource = `
         attribute vec3 aPosition;
         uniform mat4 uModelViewMatrix;
         uniform mat4 uProjectionMatrix;

         void main() {
            gl_Position = uProjectionMatrix * uModelViewMatrix * vec4(aPosition, 1.0);
         }
         `;

         // Define the fragment shader
         const fragmentShaderSource = `
         precision mediump float;

         void main() {
            gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
         }
         `;

         // Create the vertex shader
         const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
         gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource);
         gl.compileShader(vertexShader);

         // Create the fragment shader
         const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
         gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource);
         gl.compileShader(fragmentShader);

         // Create the shader program
         const shaderProgram = gl.createProgram();
         gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
         gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
         gl.linkProgram(shaderProgram);
         gl.useProgram(shaderProgram);

         // Set up the geometry
         const positions = [
            -1.0, -1.0, -1.0,
            1.0, -1.0, -1.0,
            1.0, 1.0, -1.0,
            -1.0, 1.0, -1.0,
            -1.0, -1.0, 1.0,
            1.0, -1.0, 1.0,
            1.0, 1.0, 1.0,
            -1.0, 1.0, 1.0
         ];
         const vertexBuffer = gl.createBuffer();
         gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
         gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);
         const positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "aPosition");
         gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);
         gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);

         // Set up the transformation matrices
         const modelViewMatrixLocation = gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uModelViewMatrix");
         const projectionMatrixLocation = gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uProjectionMatrix");
         const modelViewMatrix = mat4.create();
         const projectionMatrix = mat4.create();
         mat4.translate(modelViewMatrix, modelViewMatrix, [0.0, 0.0, -6.0]);
         mat4.perspective(projectionMatrix, Math.PI / 4, canvas.width / canvas.height, 0.1, 100.0);
         gl.uniformMatrix4fv(modelViewMatrixLocation, false, modelViewMatrix);
         gl.uniformMatrix4fv(projectionMatrixLocation, false, projectionMatrix);

         // Render the cube
         gl.drawArrays(gl.LINE_LOOP, 0, 4);
         gl.drawArrays(gl.LINE_LOOP, 4, 4);
         gl.drawArrays(gl.LINES, 0, 2);
         gl.drawArrays(gl.LINES, 2, 2);
         gl.drawArrays(gl.LINES, 4, 2);
         gl.drawArrays(gl.LINES, 6, 2);
      </script>
   </body>
</html>

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