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教你用webgl快速创建一个小世界
分类:网页制作

教你用webgl快捷创制贰个小世界

2017/03/25 · HTML5 · AlloyTeam

原版的书文出处: AlloyTeam   

Webgl的魅力在于能够创制叁个谈得来的3D世界,但相相比较canvas2D来讲,除了物体的运动旋转换换完全重视矩阵增添了复杂度,就连生成四个实体都变得很复杂。

如何?!为何不用Threejs?Threejs等库确实能够超大程度的增长花费功效,何况各地方封装的百般棒,然而不推荐初读书人直接正视Threejs,最棒是把webgl各个区域面都学会,再去拥抱Three等相关库。

上篇矩阵入门中牵线了矩阵的基本知识,让大家探听到了主导的仿射转换矩阵,能够对实体实行活动旋转等变化,而这篇文章将教大家迅快速生成成二个物体,何况结合调换矩阵在物体在你的世界里动起来。

注:本文切合微微有一点webgl根基的人同学,最少知道shader,知道什么样画多少个实体在webgl画布中

为何说webgl生成物体麻烦

咱俩先稍稍相比下中央图形的始建代码
矩形:
canvas2D

JavaScript

ctx1.rect(50, 50, 100, 100); ctx1.fill();

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ctx1.rect(50, 50, 100, 100);
ctx1.fill();

webgl(shader和webgl情形代码忽视)

JavaScript

var aPo = [     -0.5, -0.5, 0,     0.5, -0.5, 0,     0.5, 0.5, 0,     -0.5, 0.5, 0 ];   var aIndex = [0, 1, 2, 0, 2, 3];   webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW); webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);   webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);   webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);   webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, 6, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

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var aPo = [
    -0.5, -0.5, 0,
    0.5, -0.5, 0,
    0.5, 0.5, 0,
    -0.5, 0.5, 0
];
 
var aIndex = [0, 1, 2, 0, 2, 3];
 
webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW);
webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);
 
webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);
 
webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);
 
webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, 6, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

全部代码地址:
结果:
图片 1

圆:
canvas2D

JavaScript

ctx1.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI * 2, false); ctx1.fill();

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ctx1.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI * 2, false);
ctx1.fill();

webgl

JavaScript

var angle; var x, y; var aPo = [0, 0, 0]; var aIndex = []; var s = 1; for(var i = 1; i <= 36; i++) {     angle = Math.PI * 2 * (i / 36);     x = Math.cos(angle) * 0.5;     y = Math.sin(angle) * 0.5;       aPo.push(x, y, 0);       aIndex.push(0, s, s+1);       s++; }   aIndex[aIndex.length - 1] = 1; // hack一下   webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW); webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);   webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);   webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);   webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, aIndex.length, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

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var angle;
var x, y;
var aPo = [0, 0, 0];
var aIndex = [];
var s = 1;
for(var i = 1; i <= 36; i++) {
    angle = Math.PI * 2 * (i / 36);
    x = Math.cos(angle) * 0.5;
    y = Math.sin(angle) * 0.5;
 
    aPo.push(x, y, 0);
 
    aIndex.push(0, s, s+1);
 
    s++;
}
 
aIndex[aIndex.length - 1] = 1; // hack一下
 
webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW);
webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);
 
webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);
 
webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);
 
webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, aIndex.length, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

后生可畏体化代码地址:
结果:
图片 2

小结:大家抛开shader中的代码和webgl开首化境况的代码,开采webgl比canvas2D正是辛勤众多呀。光是三种为主图形就多了如此多行代码,抓其从来多的从头到尾的经过正是因为作者们必要顶点音讯。简单如矩形我们能够间接写出它的顶峰,然则复杂一点的圆,大家还得用数学方法去变通,鲜明阻碍了人类文明的发展。
相比较数学方法调换,假使大家能直接获取极点音讯那应该是最棒的,有没有飞跃的艺术获取极限音讯吗?
有,使用建立模型软件生成obj文件。

Obj文件轻易的话就是包含一个3D模子信息的公文,这里消息包蕴:极点、纹理、法线以至该3D模型中纹理所使用的贴图
上面那几个是叁个obj文件之处:

一句话来讲剖判一下以此obj文件

图片 3
前两行看到#标志就通晓这一个是注释了,该obj文件是用blender导出的。Blender是生机勃勃款很好用的建立模型软件,最关键的它是免费的!

图片 4
Mtllib(material library)指的是该obj文件所利用的材料库文件(.mtl)
然而的obj生成的模型是白模的,它只含有纹理坐标的消息,但向来不贴图,有纹理坐标也没用

图片 5
V 顶点vertex
Vt 贴图坐标点
Vn 极点法线

图片 6
Usemtl 使用材料库文件中具体哪一个材料

图片 7
F是面,前边分别对应 极点索引 / 纹理坐标索引 / 法线索引

这里超越八分之四也都以我们这个常用的习性了,还会有意气风发部分别的的,这里就相当的少说,可以google搜一下,比相当多介绍很详细的稿子。
豆蔻梢头经有了obj文件,这我们的工作也正是将obj文件导入,然后读取内容还要按行剖判就能够了。
先放出最终的结果,二个模仿银系的3D文字效果。
在线地址查看:

在那地顺便说一下,2D文字是能够经过深入分析得到3D文字模型数据的,将文字写到canvas上之后读取像素,获取路线。我们那边未有采纳该方式,因为即便那样辩白上其余2D文字都能转3D,仍是可以做出像样input输入文字,3D体现的成效。可是本文是教大家神速搭建二个小世界,所以我们依旧使用blender去建立模型。

切切实实落实

1、首先建立模型生成obj文件

此处我们应用blender生成文字
图片 8

2、读取深入分析obj文件

JavaScript

var regex = { // 那都尉则只去匹配了大家obj文件中用到数码     vertex_pattern: /^vs+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 顶点     normal_pattern: /^vns+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 法线     uv_pattern: /^vts+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 纹理坐标     face_vertex_uv_normal: /^fs+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)(?:s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+))?/, // 面信息     material_library_pattern: /^mtllibs+([d|w|.]+)/, // 信赖哪二个mtl文件     material_use_pattern: /^usemtls+([S]+)/ };   function loadFile(src, cb) {     var xhr = new XMLHttpRequest();       xhr.open('get', src, false);       xhr.onreadystatechange = function() {         if(xhr.readyState === 4) {               cb(xhr.responseText);         }     };       xhr.send(); }   function handleLine(str) {     var result = [];     result = str.split('n');       for(var i = 0; i < result.length; i++) {         if(/^#/.test(result[i]) || !result[i]) { // 注释部分过滤掉             result.splice(i, 1);               i--;         }     }       return result; }   function handleWord(str, obj) {     var firstChar = str.charAt(0);     var secondChar;     var result;       if(firstChar === 'v') {           secondChar = str.charAt(1);           if(secondChar === ' ' && (result = regex.vertex_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.position.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 参加到3D对象极点数组         } else if(secondChar === 'n' && (result = regex.normal_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.normalArr.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 加入到3D对象法线数组         } else if(secondChar === 't' && (result = regex.uv_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.uvArr.push(+result[1], +result[2]); // 参预到3D对象纹理坐标数组         }       } else if(firstChar === 'f') {         if((result = regex.face_vertex_uv_normal.exec(str)) !== null) {             obj.addFace(result); // 将极点、发掘、纹理坐标数组变成面         }     } else if((result = regex.material_library_pattern.exec(str)) !== null) {         obj.loadMtl(result[1]); // 加载mtl文件     } else if((result = regex.material_use_pattern.exec(str)) !== null) {         obj.loadImg(result[1]); // 加载图片     } }

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var regex = { // 这里正则只去匹配了我们obj文件中用到数据
    vertex_pattern: /^vs+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 顶点
    normal_pattern: /^vns+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 法线
    uv_pattern: /^vts+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 纹理坐标
    face_vertex_uv_normal: /^fs+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)(?:s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+))?/, // 面信息
    material_library_pattern: /^mtllibs+([d|w|.]+)/, // 依赖哪一个mtl文件
    material_use_pattern: /^usemtls+([S]+)/
};
 
function loadFile(src, cb) {
    var xhr = new XMLHttpRequest();
 
    xhr.open('get', src, false);
 
    xhr.onreadystatechange = function() {
        if(xhr.readyState === 4) {
 
            cb(xhr.responseText);
        }
    };
 
    xhr.send();
}
 
function handleLine(str) {
    var result = [];
    result = str.split('n');
 
    for(var i = 0; i < result.length; i++) {
        if(/^#/.test(result[i]) || !result[i]) { // 注释部分过滤掉
            result.splice(i, 1);
 
            i--;
        }
    }
 
    return result;
}
 
function handleWord(str, obj) {
    var firstChar = str.charAt(0);
    var secondChar;
    var result;
 
    if(firstChar === 'v') {
 
        secondChar = str.charAt(1);
 
        if(secondChar === ' ' && (result = regex.vertex_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.position.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 加入到3D对象顶点数组
        } else if(secondChar === 'n' && (result = regex.normal_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.normalArr.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 加入到3D对象法线数组
        } else if(secondChar === 't' && (result = regex.uv_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.uvArr.push(+result[1], +result[2]); // 加入到3D对象纹理坐标数组
        }
 
    } else if(firstChar === 'f') {
        if((result = regex.face_vertex_uv_normal.exec(str)) !== null) {
            obj.addFace(result); // 将顶点、发现、纹理坐标数组变成面
        }
    } else if((result = regex.material_library_pattern.exec(str)) !== null) {
        obj.loadMtl(result[1]); // 加载mtl文件
    } else if((result = regex.material_use_pattern.exec(str)) !== null) {
        obj.loadImg(result[1]); // 加载图片
    }
}

代码主题的地点都进行了批注,注意这里的正则只去相配我们obj文件中带有的字段,别的新闻并未去相称,假如有对obj文件全部望饱含的音信成功相称的校友可以去看下Threejs中objLoad部分源码

3、将obj中数量真正的使用3D对象中去

JavaScript

Text3d.prototype.addFace = function(data) {     this.addIndex(+data[1], +data[4], +data[7], +data[10]);     this.addUv(+data[2], +data[5], +data[8], +data[11]);     this.addNormal(+data[3], +data[6], +data[9], +data[12]); };   Text3d.prototype.addIndex = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.index.push(a, b, c);     } else {         this.index.push(a, b, c, a, c, d);     } };   Text3d.prototype.addNormal = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.normal.push(             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2         );     } else {         this.normal.push(             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,             3 * this.normalArr[d], 3 * this.normalArr[d] + 1, 3 * this.normalArr[d] + 2         );     } };   Text3d.prototype.addUv = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);     } else {         this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[d], 2 * this.uvArr[d] + 1);     } };

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Text3d.prototype.addFace = function(data) {
    this.addIndex(+data[1], +data[4], +data[7], +data[10]);
    this.addUv(+data[2], +data[5], +data[8], +data[11]);
    this.addNormal(+data[3], +data[6], +data[9], +data[12]);
};
 
Text3d.prototype.addIndex = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.index.push(a, b, c);
    } else {
        this.index.push(a, b, c, a, c, d);
    }
};
 
Text3d.prototype.addNormal = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.normal.push(
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2
        );
    } else {
        this.normal.push(
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,
            3 * this.normalArr[d], 3 * this.normalArr[d] + 1, 3 * this.normalArr[d] + 2
        );
    }
};
 
Text3d.prototype.addUv = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);
    } else {
        this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[d], 2 * this.uvArr[d] + 1);
    }
};

此地我们考虑到包容obj文件中f(ace)行中4个值的景况,导出obj文件中能够强行接纳独有三角面,不过我们在代码中非凡一下相比安妥

4、旋转运动等转移

实体全部导入进去,剩下来的职务便是扩充转变了,首先大家解析一下有怎么着动漫效果
因为大家模拟的是多个宇宙,3D文字就像星球同样,有公转和自转;还会有正是大家导入的obj文件都以依照(0,0,0)点的,所以大家还要求把它们举行运动操作
先上宗旨代码~

JavaScript

...... this.angle += this.rotate; // 自转的角度   var s = Math.sin(this.angle); var c = Math.cos(this.angle);   // 公转相关数据 var gs = Math.sin(global提姆e * this.revolution); // globalTime是全局的光阴 var gc = Math.cos(globalTime * this.revolution);     webgl.uniformMatrix4fv(     this.program.uMMatrix, false, mat4.multiply([             gc,0,-gs,0,             0,1,0,0,             gs,0,gc,0,             0,0,0,1         ], mat4.multiply(             [                 1,0,0,0,                 0,1,0,0,                 0,0,1,0,                 this.x,this.y,this.z,1 // x,y,z是偏移的职分             ],[                 c,0,-s,0,                 0,1,0,0,                 s,0,c,0,                 0,0,0,1             ]         )     ) );

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......
this.angle += this.rotate; // 自转的角度
 
var s = Math.sin(this.angle);
var c = Math.cos(this.angle);
 
// 公转相关数据
var gs = Math.sin(globalTime * this.revolution); // globalTime是全局的时间
var gc = Math.cos(globalTime * this.revolution);
 
 
webgl.uniformMatrix4fv(
    this.program.uMMatrix, false, mat4.multiply([
            gc,0,-gs,0,
            0,1,0,0,
            gs,0,gc,0,
            0,0,0,1
        ], mat4.multiply(
            [
                1,0,0,0,
                0,1,0,0,
                0,0,1,0,
                this.x,this.y,this.z,1 // x,y,z是偏移的位置
            ],[
                c,0,-s,0,
                0,1,0,0,
                s,0,c,0,
                0,0,0,1
            ]
        )
    )
);

一眼望去uMMatrix(模型矩阵)里面有四个矩阵,为何有多个吗,它们的逐意气风发有如何必要么?
因为矩阵不满足交流率,所以大家矩阵的运动和旋转的顺序十一分器重,先平移再旋转和先旋转再平移宛如下的差异
(下边图片来自网络)
先旋转后活动:图片 9
先平移后旋转:图片 10
从图中明显看出来先旋转后活动是自转,而先平移后旋转是公转
之所以大家矩阵的相继一定是 公转 * 平移 * 自转 * 极点消息(右乘)
具体矩阵为啥这么写可知上意气风发篇矩阵入门文章
那般贰个3D文字的8大行星就形成啦

4、装饰星星

光秃秃的多少个文字明确非常不足,所以大家还需求一些点缀,就用几个点作为星星,特别简单
注意默许渲染webgl.POINTS是方形的,所以大家得在fragment shader中加工管理一下

JavaScript

precision highp float;   void main() {     float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5)); // 总括距离     if(dist < 0.5) {         gl_FragColor = vec4(0.9, 0.9, 0.8, pow((1.0 - dist * 2.0), 3.0));     } else {         discard; // 丢弃     } }

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precision highp float;
 
void main() {
    float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5)); // 计算距离
    if(dist < 0.5) {
        gl_FragColor = vec4(0.9, 0.9, 0.8, pow((1.0 - dist * 2.0), 3.0));
    } else {
        discard; // 丢弃
    }
}

结语

亟待关心的是此处作者用了此外生机勃勃对shader,那个时候就提到到了关于是用三个program shader照旧在同一个shader中采取if statements,那三头质量怎么着,有如何分别
这里将放在下生龙活虎篇webgl相关优化中去说

正文就到此处呀,有题目和提议的小同伴接待留言一齐座谈~!

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