本文大纲
- 矩阵和线性变换是什么？
- webgl如何实现缩放和旋转？
- 平移不是线性变换，那该怎么办？
- webgl如何实现平移？
今天的主菜是“矩阵”
在上一篇中我们已经实现了使用webgl绘制图形这个小目标《前端图形学从入门到放弃》001 画一个三角形
今天我们来探讨一个新的话题矩阵
我们都知道空间中的点我们可以用向量表示，例如二维平面中的点（1，1）就表示第一象限的点：
而多个点就能组成图形，这也是上一篇文章中我们说过的。
实际生产中这些图形往往并不会固定在画面中不懂，例如我们可以对图形进行旋转，缩放，移动。
实际上这个过程就是将图形的顶点组进行了旋转，缩放，移动，成为了新的顶点组，再由新的顶点组绘制成新的图形。
例如我们要将由点A(0,0),B(1,0),C(0,1)组成的三角形放大一倍，那么我们很容易知道放大后的点ÂḂĆ的坐标
Âx = Ax 2 = 02 = 0
Ây = Ay 2 = 02 = 0
Ḃx = Bx 2 = 12 = 2
Ḃy = By 2 = 02 = 0
Ćx = Cx 2 = 02 = 0
Ćy = Cy 2 = 12 = 2
数学家嫌这一番操作太过麻烦，而点又是可以写成向量形式的，要是能把操作简化成Â = M*A的形式就再好不过了，于是
⎡ 2 0 ⎤
 = ⎪ ⎪ * A
⎣ 0 2 ⎦ 真是一顿操作猛如虎，一句不懂二百五
解剖矩阵
举证代表了一种计算，如上我们使用了一个二维矩阵
⎡ A B ⎤
⎣ C D ⎦ 与一个二维向量相乘，会得到一个新的二维向量，计算公式如下
⎡ A B ⎤ ⎡x⎤ = ⎡ A*x + B*y ⎤
⎣ C D ⎦ ⎣y⎦ ⎣ C*x + D*y ⎦当然矩阵也不仅仅可以和向量相乘也可以和举证相乘，矩阵也不仅仅可以是22，也可以是33，更可以是n*m（n代表行数，m代表列数）。
两个矩阵可以相乘只需要，前一个矩阵的列数和后一个矩阵的函数相等即可。
例如nm的举证可以和ml的矩阵相乘，得到n*l的矩阵。
至于计算方法不是本文讨论的内容，推荐观看3blue1brown的视频。
缩放矩阵 与 旋转矩阵
而上文我们看到的矩阵
⎡ 2 0 ⎤
⎣ 0 2 ⎦ 就是一个把任意点放大两倍的矩阵，更一般的，如果可以写出缩放矩阵（n≠0）
⎡ n 0 ⎤ ⎡x⎤ = ⎡ n*x ⎤
⎣ 0 n ⎦ ⎣y⎦ ⎣ n*y ⎦相比于缩放还有一种操作也很高频，那就是旋转。前面没有提到，矩阵的变换是线性的。什么叫做线性？也是是说同样的操作（放大2倍）对A点产生的效果，和对B点产生的效果（放大2倍）是一样的。
所以对于旋转矩阵我们也可以找到特殊的点进行求解，从而得到普遍适用的矩阵
对于x轴上的点a，旋转ø角后，可以用下图描述
我们就得到了二维平面上的旋转矩阵
⎡ cosø -sinø ⎤
⎣ sinø cosø ⎦ webgl和矩阵更配哟～
下面我们把矩阵和webgl结合起来，让《前端图形学从入门到放弃》001 画一个三角形中我们实现的三角形可以旋转与缩放
首先我们在页面上添加两个滑块分辨实现旋转与缩放
由于旋转和缩放操作仅仅影响顶点位置，下面我们之需要修改顶点着色器即可：
这两个申明的变量也要在js中取出
...
var positionAttribLocation = gl.getAttribLocation(program, 'vertPosition');
var colorAttribLocation = gl.getAttribLocation(program, 'vertColor');
var scaleMatrix = gl.getUniformLocation(program, 'scaleMatrix');
var rotateMatrix = gl.getUniformLocation(program, 'rotateMatrix');
...由于我们期望在滑动滑块时，页面实时变化，因此需要一个loop函数来完成这一切：
....
gl.useProgram(program);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 6);
loop(gl, rotateMatrix, scaleMatrix);
}
...loop函数：
var scaleNode = document.querySelector("#scale");
var rotateNode = document.querySelector("#rotate");
function loop(gl, rotateMatrix, scaleMatrix) {
var angle = rotateNode.value/180*Math.PI;
var scale = scaleNode.value;
var sin = Math.sin(angle);//旋转角度正弦值
var cos = Math.cos(angle);//旋转角度余弦值
var myArr = new Float32Array([cos, -sin, sin, cos,]);
var scaleArr = new Float32Array([scale, 0, 0, scale,]);
gl.uniformMatrix2fv(rotateMatrix, false, myArr);
gl.uniformMatrix2fv(scaleMatrix, false, scaleArr);
gl.clearColor(0.75, 0.85, 0.8, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
requestAnimationFrame(function () {
loop(gl, rotateMatrix, scaleMatrix);
});
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
}大功告成：
教练我动不了了
不知道各位看官有没有发现，在矩阵这套线性变化下，我们没办法做平移操作。因为作为原点的o(0，0)不论乘以什么矩阵，结果都还是自己。但是平移操作是日常工作中极其常见的操作，不能平移甚至无法实现拖拽！
难道图形学之路就此gg？
但天无绝人之路，只要零点不是零点我就可以移动它，对于二维平面，我可以把它看作三维世界中一个不过原点的平面，原本的(x,y)变为(x，y，1)
此时就可以实现平移
根据上文，我们已经了解的矩阵知识，不难写出
而这种通过n+1维实现了n维线性变换外加移动操作的变换，就被称为齐次变换。
webgl和齐次变换更配哟～
下面我们继续改造原有的webgl代码！
首先我们还需要加入两个滑块分别控制，图形上下和左右运动
...
由于齐次变换将所有的矩阵都升维了，我们需要改造定点着色器。
由于矩阵从二维变为三维，取出的变量也需要重新定义为三维：
...
var trMatrix = gl.getUniformLocation(program,'transformMatrix');
var scaleMatrix = gl.getUniformLocation(program, 'scaleMatrix');
var rotateMatrix = gl.getUniformLocation(program, 'rotateMatrix');
...
// 获取滑块
var tranXNode = document.querySelector("#tranX");
var tranYNode = document.querySelector("#tranY");
// 修改loop函数
...
loop(gl, rotateMatrix, scaleMatrix,trMatrix);
}
function loop(gl, rotateMatrix, scaleMatrix,trMatrix) {
...
var myArr = new Float32Array([cos, -sin, 0 , sin, cos, 0,0,0,1]);
var scaleArr = new Float32Array([scale, 0, 0,0, scale,0,0,0,1]);
var tranArr = new Float32Array([1,0,0,0,1,0,tranXNode.value,tranYNode.value,1]);
// console.log(tranXNode.value);
gl.uniformMatrix3fv(rotateMatrix, false, myArr);
gl.uniformMatrix3fv(scaleMatrix, false, scaleArr);
gl.uniformMatrix3fv(trMatrix, false, tranArr);
....大功告成：
下期预告
我想二维的世界，大家也腻了，下篇我们将进入三维世界，并说说光线是如何影响物体的