WebGL2学习笔记：1、WebGL的基本流程&实现绘制两个点

MDN上关于WebGL2的介绍：

WebGL2RenderingContext 接口在底层使用了 OpenGL ES 3.0 为 HTML 的 <canvas> 元素提供了绘图上下文。
要获取该接口的实例对象需要调用一个 <canvas> 标签对象的 getContext() 函数，并将 "webgl2" 作为参数传递

WebGL的基本流程：

1、获取canvas
想要在页面中通过WebGL2进行绘制，需要先获取到canvas对象：
var canvas = document.querySelector("#webgl-container");
2、将webgl上下文指定为 ‘webgl2’
var gl = canvas.getContext("webgl2");
3、创建顶点着色器和片元着色器，其中着色器的创建经过以下流程

  • 初始化shader：var shader = gl.createShader(type)
  • 设置shader的源：gl.shaderSource(shader,source)
  • 编译shader成二进制数据，从而为program所用：gl.compileShader(shader)
    创建着色器的代码片段如下：
var vertexShaderSource = `#version 300 es

in vec4 a_position;
in vec4 a_position1;

void main() {
    gl_PointSize = 10.0;
    vec4 new_pos = a_position + a_position1;
    gl_Position = new_pos;
}
`;
 
var fragmentShaderSource = `#version 300 es

precision highp float;
out vec4 outColor;
 
void main() {
  outColor = vec4(1, 0, 0.5, 1);
}
`;
function createShader(gl, type, source) {
    var shader = gl.createShader(type); //初始化shader
    gl.shaderSource(shader, source);    //设置shader的源
    gl.compileShader(shader);           //编译shader成二进制数据，从而为program所用
    var success = gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS); //获取编译结果,如果为true则返回编译完成的shader
    if (success) {
        return shader;
    }
    
    console.log(gl.getShaderInfoLog(shader));  // eslint-disable-line
    gl.deleteShader(shader);
    return undefined;
}

var vertexShader = createShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vertexShaderSource);//调用函数创建顶点着色器
var fragmentShader = createShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderSource);//调用函数创建片元着色器

4、 创建 WebGL2 程序对象 program ，程序的创建经过以下流程

  • 初始化program：var program = gl.createProgram()
  • 将顶点着色器和片元着色器附加到程序上：gl.attachShader(program, vertexShader)、gl.attachShader(program, fragmentShader);
  • 将两个着色器组合成一个可以在GPU上执行的程序：gl.linkProgram(program)
    创建 WebGL2 程序对象的代码片段如下：
function createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader) {
    var program = gl.createProgram();           //初始化program
    gl.attachShader(program, vertexShader);     //将顶点着色器添加到program
    gl.attachShader(program, fragmentShader);   //将片元着色器添加到program
    gl.linkProgram(program);                    //链接program
    var success = gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS);  //获取链接结果,如果为true则返回链接完成的program
    if (success) {
        return program;
    }
    console.log(gl.getProgramInfoLog(program));  // eslint-disable-line
    gl.deleteProgram(program);
    return undefined;
}
    var program = createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader);   //调用函数创建着色器程序
    gl.useProgram(program);    //使用着色器程序

5、获取指定的属性变量（attribute variable）在指定的着色器程序（shader program）中的位置：
gl.getAttribLocation(program, "a_position");
这个api 返回一个索引（0，1，2，3....），通过在下列步骤中使用这些索引将顶点数据绑定到这些变量。

6、创建缓冲区并绑定数据：

    var size = 2;           //指定每次从数组中拿几个值
    var type = gl.FLOAT;   // 指定数据类型
    var normalize = false; // 不进行归一化
    var stride = 2 * Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT; size* 类型中每个元素所占字节
    var offset = 0;        // 从缓冲区的哪个位置开始取数据
    var positions = [0.5, 0, 0.1, 0];  
    var positionBuffer = gl.createBuffer();//创建缓冲区
    var positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, "a_position");//获取顶点着色器中a_position的位置，如果不存在，则返回-1
    gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);//启用顶点属性数组
    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);//将缓冲区绑定到WebGL2的ARRAY_BUFFER 上，后续的操作将会作用在这个缓冲区上
    gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);//将数据绑定到缓冲区
    gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, size, type, normalize, stride, offset);//绑定顶点着色器中的属性

7、（非必要）重设画布大小，并告诉webgl如何从剪辑空间转换值转换到屏幕空间

8、进行绘制：

//清空画布
gl.clearColor(0, 0, 0, 0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
//进行绘制
var primitiveType = gl.POINTS; //绘制点
var offset = 0; // 从第0个开始
var count = 2; // 绘制两次
gl.drawArrays(primitiveType, offset, count);
绘制两个点

绘制两个点的完整代码（在vue3 script setup下）：

<script setup>
import {onMounted} from "vue";
import vertexShaderSource from "../glsl/point/vertex.glsl";
import fragmentShaderSource from "../glsl/point/fragment.glsl";

function createShader(gl, type, source) {
    var shader = gl.createShader(type); //初始化shader
    gl.shaderSource(shader, source);    //设置shader的源
    gl.compileShader(shader);           //编译shader成二进制数据，从而为program所用
    var success = gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS); //获取编译结果,如果为true则返回编译完成的shader
    if (success) {
        return shader;
    }
    
    console.log(gl.getShaderInfoLog(shader));  // eslint-disable-line
    gl.deleteShader(shader);
    return undefined;
}

function createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader) {
    var program = gl.createProgram();           //初始化program
    gl.attachShader(program, vertexShader);     //将顶点着色器添加到program
    gl.attachShader(program, fragmentShader);   //将片元着色器添加到program
    gl.linkProgram(program);                    //链接program
    var success = gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS);  //获取链接结果,如果为true则返回链接完成的program
    if (success) {
        return program;
    }
    console.log(gl.getProgramInfoLog(program));  // eslint-disable-line
    gl.deleteProgram(program);
    return undefined;
}

function main() {
    // Get A WebGL context
    var canvas = document.querySelector("#webgl-container");
    var gl = canvas.getContext("webgl2");
    if (!gl) {
        return;
    }
    
    // create GLSL shaders, upload the GLSL source, compile the shaders
    var vertexShader = createShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vertexShaderSource);//调用函数创建顶点着色器
    var fragmentShader = createShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderSource);//调用函数创建片元着色器
    
    var program = createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader);   //调用函数创建着色器程序
    gl.useProgram(program);    //使用着色器程序

    //设置常量
    var size = 2;           //指定每次从数组中拿几个值
    var type = gl.FLOAT;   // 指定数据类型
    var normalize = false; // 不进行归一化
    var stride = 2 * Float32Array.BYTES_PER_ELEMENT; //size* 类型中每个元素所占字节
    var offset = 0;        // 从缓冲区的哪个位置开始取数据
    var positions = [0.5, 0, 0.1, 0];  
    
    // 将数据绑定到缓冲区
    var positionBuffer = gl.createBuffer();//创建缓冲区
    var positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, "a_position");//获取顶点着色器中的属性
    gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);//绑定顶点着色器中的属性
    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);//将数据绑定到缓冲区
    gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);//将数据绑定到缓冲区
    gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, size, type, normalize, stride, offset);//绑定顶点着色器中的属性

    resizeCanvasToDisplaySize(gl.canvas); //重设画布大小
    gl.viewport(0, 0, gl.canvas.width, gl.canvas.height);
    
    gl.clearColor(0, 0, 0, 0);
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
    // draw
    var primitiveType = gl.POINTS;
    var offset = 0;
    var count = 2;
    
    gl.drawArrays(primitiveType, offset, count);
}

function resizeCanvasToDisplaySize(canvas, multiplier) { //重设画布大小的函数
    multiplier = multiplier || 1;
    const width  = canvas.clientWidth  * multiplier | 0;
    const height = canvas.clientHeight * multiplier | 0;
    if (canvas.width !== width ||  canvas.height !== height) {
        canvas.width  = width;
        canvas.height = height;
        return true;
    }
    return false;
}

onMounted(() => {
    main();
});
</script>

<template>
    <div class="box">
        <canvas id="webgl-container"></canvas>
    </div>
</template>

<style scoped>
#webgl-container{
    width: 100%;
    height: 100%;
    background-color: #FFFFFF;
}
.box {
    width: 480px;
    height: 360px;
    border: 1px solid red;
}
</style>

顶点着色器代码：

#version 300 es

in vec4 a_position;

void main() {
    gl_PointSize = 10.0;
    gl_Position = a_position;
}

片元着色器代码：

#version 300 es

precision highp float;
out vec4 outColor;

void main() {
    outColor = vec4(1, 0, 0.5, 1);
}
}
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