WebGL笔记：WebGL中绘制圆点，设定透明度，渲染动画

WebGL 绘制圆点

• 基于片元着色器来画圆形
• 片元着色器在屏幕中画图是基于一个个的像素的
• 每次画一个像素时，都会执行片元着色器中的main方法
• 那么，我们就可以从这一堆片元中(n个像素点)找出属于圆形的部分
• 片元的位置叫做 gl_PointCoord (一个点中片元的坐标位)
  • 比如，一个点的宽高都是1 , 片元的 x,y 位置在 0 - 1 之间
  • 点的中心点的坐标位置是(0.5, 0.5), 如果片元到中心的位置 小于 0.5
  • 那么可以认为这个片元是在圆内的，这样，只渲染圆内的片元，圆外的片元就不再渲染
• 文档：
  • https://registry.khronos.org/OpenGL-Refpages/gl4/html/gl_PointCoord.xhtml
  • https://registry.khronos.org/OpenGL-Refpages/gl4/

<script id="fragmentShader" type="x-shader/x-fragment">
    precision mediump float;
    uniform vec4 u_FragColor;
    void main() {
        float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5));
        if(dist < 0.5) {
            gl_FragColor = u_FragColor;
        } else {
            discard;
        }
    }
script>

• distance 是计算两个点之间距离的函数
• discard 丢弃，即不会一个片元进行渲染
• 其他参考上篇文章，来画出圆形

WebGL 中与CSS配合展示背景图

• 在 css 中设置背景图

  #canvas {
      background: url("./bg.jpg");
      background-size: cover;
      background-position: right bottom;
  }
  

• 在 js 刷底色的时候, 给一个透明色, 这样才能看见canvas的css背景

  gl.clearColor(0, 0, 0, 0);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
  

WebGL中片元透明度的设定

• 一般来说，绘制图形，让图形有一定的颜色，并且有一定的透明度，光是使用 uniform4fv 设置是不行的
• 还需要做两件事：

  gl.enable(gl.BLEND); // 开启片元的颜色合成功能
  gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA); // 设置片元的合成方式
  

• 之后正常使用uniform4fv进行渲染即可

  
  const arr = new Float32Array([0.87, 0.91, 1, a]);
  gl.uniform4fv(u_FragColor, arr);
  

WebGL中设置图形的动画

• 所谓的动画，就是一帧一帧的图像变化累计的结果，如果我们想要使用代码实现动画，还需要了解一下概念
  • 关键帧：可以说这是动画中的里程碑，连续两个关键帧之间，我们可以用数学来实现渐变
  • 时间轨：一次动画执行完成所需要的时间轨道，包含不同的关键帧，通过关键帧，对其中目标对象的状态进行插值计算
  • 补间动画：一个物体不同关键帧，即连续相邻的两个关键帧之间的状态进行差值运算，得到当前过渡时间的不同画面，来实现平滑过渡
  • 合成：不同物体所表示的多个时间轨的集合
• 对动画进行封装
  • 框架层面，我们要针对合成对象做设计：画布上可能会有多个对象做动画运动
  • 运动层面，我们要对时间轨做计算：针对每个对象，在一个完整动画的时间轨上应如何补全关键帧之间的间隔渲染

1 ）框架层面的设计

export default class Compose {
    constructor() {
        this.parent = null // 当前对象parent置空，这是一个编程习惯
        this.children = [] // 用于存储多个对象
    }
    add(obj) {
        obj.parent = this // 当前对象和当前工具建立关系
        this.children.push(obj) // 将当前对象加入子队列数组
    }
    // 这里是工具的update
    update(t) {
        // 内部调用每个对象的update方法实现动画
        this.children.forEach(ele => {
            ele.update(t)
        })
    }
}

2 ）时间轨的设计

export default class Track {
    constructor(target) {
        this.target = target // 当前对象
        this.parent = null // 父对象，合成对象，默认为空
        this.start = 0 // 开始时间默认是0
        this.timeLen = 5 // 一个时间轨的长度，也就是完成一次完整动画所需要的时间，单位毫秒
        this.loop = false // 是否循环播放动画
        this.keyMap = new Map() // 关键帧的集合
    }
    // 当前对象的每一帧运动函数
    update(t) {
        const { keyMap, timeLen, target, loop } = this
        let time = t - this.start // 当前时间距离开始时间的时间长度
        // 如果开启循环，则加入取余操作，将当前时间循环递增，不让超过自身设定
        if(loop) {
            time = time % timeLen
        }
        for(const [key,fms] of keyMap.entries()) {
            const last = fms.length - 1 // 最后一项
            if(time < fms[0][0]) {
                // 在第一个关键帧之前的设置为第一个关键帧的状态
                target[key] = fms[0][1]
            } else if(time > fms[last][0]) {
                // 时间在最后一个关键帧之后设定为最后一个关键帧的状态
                target[key] = fms[last][1]
            } else {
                // 在各个中间态实行数学计算状态渐变，即：补间状态
                target[key] = getValBetweenFms(time, fms, last)
            }
        }
    }
}

// 补间状态计算函数
function getValBetweenFms(time,fms,last) {
    for(let i = 0; i < last; i++) {
        const fm1 = fms[i]
        const fm2 = fms[i+1]
        if(time >= fm1[0] && time <= fm2[0]) {
            const delta = {
                x: fm2[0] - fm1[0],
                y: fm2[1] - fm1[1],
            }
            const k = delta.y / delta.x
            const b = fm1[1] - fm1[0] * k
            return k * time + b
        }
    }
}

• 上述 keyMap 关键帧集合，这里是一个对象的关键帧集合，结构如下，

  [
    [
      '对象属性1',
      [
        [时间1,属性值], //关键帧
        [时间2,属性值], //关键帧
      ]
    ],
    [
      '对象属性2',
      [
        [时间1,属性值], //关键帧
        [时间2,属性值], //关键帧
      ]
    ],
  ]
  

• time 当前时间
• fms 某个属性的关键帧集合
• last 最后一个关键帧的索引位置
• 其实现思路如下
  • 遍历所有关键帧
  • 判断当前时间在哪两个关键帧之间
  • 基于这两个关键帧的时间和状态，求点斜式
  • 基于点斜式求本地时间对应的状态
• 这里 y = kx + b 这个公式是一般公式(推荐)，还可以用其他曲线公式来处理动画

3 ）应用

const compose = new Compose()
const stars = [] // 点数据的集合
canvas.addEventListener('click', function(event) {
    const { x, y } = getPosByMouse(event,canvas) // 获取当前坐标，这里具体实现可看之前博客代码，只是做了个函数封装
    const a = 1
    const s = Math.random() * 5 + 2
    const obj = { x, y, s, a } // x坐标，y坐标，s尺寸，a透明度
    stars.push(obj)

    const track = new Track(obj)
    track.start = new Date()
    track.keyMap = new Map([
        ['a', [
            [500, a],
            [1000, 0],
            [1500, a],
        ]]
    ])
    track.timeLen = 2000
    track.loop = true
    compose.add(track)
})

渲染方法如下，参考之前博客代码

function render(){
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
    stars.forEach(({x,y,s,a}) => {
        gl.vertexAttrib2f(a_Position,x,y);
        gl.vertexAttrib1f(a_PointSize,s);
        gl.uniform4fv(u_FragColor, new Float32Array([0.87,0.92,1, a]));
        gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
    })
}

用请求动画帧驱动动画，连续更新数据，渲染视图

!(function ani() {
    compose.update(new Date())
    render()
    requestAnimationFrame(ani) // 重复执行
})()