shadertoy学习记录（1）

最近准备继续学习一下图形学，从打基础开始，看了GAMES101但是一直都是停留在理论学习的部分，因此这次从大佬推荐的shadertoy入手学习一下图形学，由于没有学过opengl等其他知识，因此只是对自己学习的监督，如果有错误的地方希望大家批评指正。（以下都是按照自己的理解进行表达）

一、认识UV

在我看来UV就是一张图片的XY坐标，只不过这里是作为二维图像，因此换了个名称进行表达，这里就叫做UV。u代表横坐标，v代表纵坐标。而一张图像不管分辨率是多少的，我们都可以看成是u和v分别是从0到1的过程。

而一张图片是如何进行绘制的？

在图片的区域内，每个像素值都有一个颜色，有三通道的RGB来代表。RGB分别代表红绿蓝，RGB的取值也是0到1，因此定义一个像素点的颜色就可以用一个三维向量来表示，比如vec3（0.5,0.5,0.5）

知道这些后，我们应该怎么样在图片中正确绘制出图片呢？，先从绘制一个圆开始。

float circle(vec2 uv,float radius){
    float d =length(uv);
    if(d < radius)
        return 1.;
    else
        return 0.;

}




void mainImage( out vec4 fragColor, in vec2 fragCoord )
{
    // Normalized pixel coordinates (from 0 to 1)
    vec2 uv = fragCoord/iResolution.xy;
    uv -=0.5;
    uv.x *=iResolution.x/iResolution.y;

    
    // Time varying pixel color
    
    float c = circle(uv,.5);

    // Output to screen
    fragColor = vec4(vec3(c),1.0);
}

 首先是在mainImage，这个函数专门用来绘制图形。可以看到它传入了两个参数，一个是fragcolor，这个就是屏幕颜色，另一个是fragcoord，是屏幕的坐标。

首先得到了一个从0到1的uv。这个时候屏幕左下角为（0,0），右上角为（1,1）。而我们想让这个图的原点在正中间，因此用uv -= 0.5的方式，把所有的uv坐标都减去0.5，这样此时图像的左下角坐标为（-0.5，-0.5），而右上角的坐标为（0.5,0.5）。此时的坐标原点为（0,0）。这时还要解决的就是屏幕长短比例的问题，如果没有解决，那么得到的图像就是会随着分辨率的变化而进行拉伸，比如此时分辨率为800*450，明显是横向更长，因此图像就会在水平方向进行拉伸。

因此这行代码就是为了解决拉伸的问题。

那么该进行怎么画圆的部分了吧

因为图像本身是全为0的黑色图像，我们只需要让半径之内的值全部返回为1即可实现圆的效果。最终可以得到一个圆。

这是问题就来了，这样得到的颜色只是黑白图片不够美观，如果想得到其他颜色的图像怎么办？

二、像素的加减乘法

 

在上面第一步肘，用fragcolor对图像进行绘制，只需要关注第一个参数即可，这个参数表示了对三个通道颜色的控制，但是怎么才能即让图形绘制出来，还能让这个图形换个颜色呢？这里用到了乘法。

这里使用乘法可以让原本黑色的地方还是黑色，而不是黑色的地方换成其他的颜色，原理就是0乘任何一个数还是0，但是1乘任何一个数得到的就是那个数本身，因此，如果我们这里想得到一个黄色的圆，只需要乘上一个黄色的数值即可，修改代码如下：

fragColor = vec4(vec3(c)*vec3(1.,1.,0),1.0);

 得到的效果如下：

 原本白色的地方变成了黄色！！！！！！

这里可以总结：如果想要将原本的颜色进行改变，可以使用乘法。

那么加法和减法的作用是什么呢？

void mainImage( out vec4 fragColor, in vec2 fragCoord )
{
    // Normalized pixel coordinates (from 0 to 1)
    vec2 uv = fragCoord/iResolution.xy;
    uv -=0.5;
    uv.x *=iResolution.x/iResolution.y;

    
    // Time varying pixel color
    
    float bigcircle = circle(uv,.5);
    float smallcircle = circle(uv,.1);
    
    float mask = bigcircle - smallcircle;
    

    // Output to screen
    fragColor = vec4(vec3(mask)*vec3(1.,1.,0),1.0);
}

经过以上修改后，我们可以得到的效果是这样的：

可以看到中间一块变成了黑色，那么为什么会空出来呢？因此我们定义的bigcirle会得到以原点为圆心半径为0.5的圆，这个圆内所有的值都为1，但是我们定义了一个一原点为圆心半径为0.1的小圆，这个小圆内部所有的值也为1，因此，这个时候用的大圆减去小圆得到的结果就是将小圆的部分变成了0！。那么加法的原理也是类似的。只是会让图像中多一个区域出来。

float mask = bigcircle - smallcircle;
    mask += thirdcircle;

 因此我们可以得到结论：

用代码绘制出 图像来，究其原理其实就是数学的运行，加法和减法是对图像进行叠加，而乘法则是对对图像的颜色进行改变。