JavaScript WebGL 绘制一个面

引子

JavaScript WebGL 基础疑惑点之后进行了一些优化，然后尝试绘制常见二维的面。

WebGL 中几何体最终都是由三角形构成，由三角形切入比较合适。

绘制三角形

这是示例，基于绘制一条直线主要的变化有：

顶点
绘制图元

顶点

三角形有三个顶点，在基础疑惑点中知道坐标系是右手坐标系，个人习惯描述顶点的顺序以图形中心为原点，从第一象限到第四象限。

  let vertices = [
    0.5, 0.5, 0.0, // 第一象限
    -0.5, 0.5, 0.0, // 第二象限
    -0.5, -0.5, 0.0, // 第三象限
  ]; // 三角形

绘制图元

这次绘制的是一个面，drawArrays 中绘制模式变为 gl.TRIANGLES 。顺便看看图元的几种模式。

gl.POINTS ：绘制一系列点。
gl.LINES ：绘制一系列单独线段，每两个点作为端点，线段之间不连接。例如有顶点 A、B、C、D、E、F，就会得到了三条线段。

gl.LINE_STRIP ：绘制一系列线段，上一点连接下一点。

gl.LINE_LOOP ：绘制一系列线段，上一点连接下一点，并且最后一点与第一个点相连。

gl.TRIANGLES ：绘制一系列三角形，每三个点作为顶点。例如有 6 个顶点 A、B、C、D、E、F，就会绘制 2 个三角形： ABC 和 DEF。

gl.TRIANGLE_STRIP ：用来绘制有共享边的三角形。从第二个三角形开始，每次读取一个顶点，并利用前面的末尾两个顶点构成一个三角形，以此类推。例如有 6 个顶点 A、B、C、D、E、F，就会绘制 4 个三角形： ABC 和 BCD 和 CDE 和 DEF。

gl.TRIANGLE_FAN ：绘制有共享边的三角形。从第二个三角形开始，每次读取一个顶点，并利用首个顶点和之前最后一个顶点来构成一个三角形，以此类推。例如有 6 个顶点 A、B、C、D、E、F，就会绘制 4 个三角形： ABC 和 ACD 和 ADE 和 AEF。

执行过程

这里有一个绘制三角形执行过程可视化，结合看看有助于加深理解。

高清处理

上面的示例，在高清屏幕中会出现明显的模糊和锯齿，但跟处理 2d 上下文的模糊又有些不一样。最主要的一个区别是 WebGL 中需要用 viewport 方法指定从标准设备到窗口坐标的映射变换。详细可以见这篇文章里面的解释。

这是高清示例。

  function WebGLHD(w = 300, h = 150) {
    const ratio = window.devicePixelRatio || 1;
    const canvas = document.createElement("canvas");
    const context = canvas.getContext("webgl");
    // 高清屏幕模糊问题处理
    canvas.width = w * ratio; // 实际渲染像素
    canvas.height = h * ratio; // 实际渲染像素
    canvas.style.width = `${w}px`; // 控制显示大小
    canvas.style.height = `${h}px`; // 控制显示大小
    context.viewport(0, 0, context.canvas.width, context.canvas.height);
  }

绘制矩形

前面有说 WebGL 中几何体最终都是由三角形构成，在绘制多边形的时候需要分解为多个三角形。

这是示例，一个矩形可以分为两个三角形：

  let vertices = [
    0.5, 0.5, 0.0,
    -0.5, 0.5, 0.0,
    -0.5, -0.5, 0.0, // 第一个三角形
    -0.5, -0.5, 0.0,
    0.5, -0.5, 0.0,
    0.5, 0.5, 0.0, // 第二个三角形
  ]; // 矩形

可以发现有一条边是公共，这个时候可以索引缓冲区对象减少冗余的数据。

索引缓冲对象

索引缓冲对象全称是 Index Buffer Object（IBO），通过索引的方式复用已有的数据。

基于上面正方形的示例，主要的变化有以下几方面：

数据
缓冲
绘制

数据

顶点位置数据只需要 4 个就足够了，公共数据使用索引代替。

  const vertices = [
    0.5, 0.5, 0.0, // 第 1 个顶点
    -0.5, 0.5, 0.0, // 第 2 个顶点
    -0.5, -0.5, 0.0, // 第 3 个顶点
    0.5, -0.5, 0.0, // 第 4 个顶点
  ]; // 矩形

索引数据跟上面提示到的图元绘制模式有关。

绘制模式为 gl.TRIANGLES 时，两个三角形是独立的，索引数据如下：

const indexData = [
  0, 1, 2, // 对应顶点位置数据中 1、2、3 顶点的索引
  0, 2, 3, // 对应顶点位置数据中 1、3、4 顶点的索引
]

绘制模式为 gl.TRIANGLE_STRIP 时，利用前一个三角形末尾的两个顶点构建三角形：

const indexData = [
  1, 0, 2, 3 // 绘制时，先取索引 1、0、2 的位置数据绘制第一个三角形，然后再取索引 0、2、3 的位置数据 绘制第二个三角形
]

绘制模式为 gl.TRIANGLE_FAN 时，利用第一个顶点，和前一个三角形末尾的一个顶点，加上新读取的顶点构建三角形：

const indexData = [
  0, 1, 2, 3 // 绘制时，先取索引 0、1、2 的位置数据绘制第一个三角形，然后再取索引 0、2、3 的位置数据 绘制第二个三角形
]

缓冲

索引的数据需要缓冲到对应的变量才能使用。

/**
 * 缓冲索引数据
 * @param {*} gl WebGL 上下文
 * @param {*} data 索引数据
 */
function setIndexBuffers(gl, data) {
  // 创建空白的缓冲对象
  const buffer = gl.createBuffer();
  // 绑定目标
  gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, buffer);
  // WebGL 不支持直接使用 JavaScript 原始数组类型，需要转换
  const dataFormat = new Uint16Array(data);
  // 初始化数据存储
  gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, dataFormat, gl.STATIC_DRAW);
}

绘制

使用了索引缓冲对象，需要用 drawElements 方法来替代 drawArrays。该方法多了一个 type 参数，指的是索引缓冲数据的类型，有下面的值可取：

gl.UNSIGNED_BYTE
gl.UNSIGNED_SHORT

前面缓冲索引数据类型转换为了 Uint16Array ，这里应该使用 gl.UNSIGNED_SHORT 。

三种方式示例如下：