WebGL 简介：使用 JavaScript 构建 3D 图形应用程序-猿码集

WebGL 简介：使用 JavaScript 构建 3D 图形应用程序

WebGL（Web Graphics Library）是一种 JavaScript API，用于在 Web 浏览器中渲染交互式 3D 和 2D 图形。它是从 OpenGL 演变而来，是一种基于浏览器的实时 3D 图形渲染解决方案。

WebGL 的优点

WebGL 是一种跨平台、高性能的图形渲染技术，也是一种开放的标准，具有以下优点：

1. 轻量级

WebGL 使用原生 JavaScript API，所以它不需要下载额外的附加库或插件。这意味着它能够轻松地集成到现有的 Web 应用程序中，而且具有更快的加载速度和更低的系统要求。

2. 高性能

WebGL 基于 OpenGL ES 2.0 规范实现，可以直接操作 GPU，可获得与原生应用程序相当的渲染性能。此外，WebGL 还使用了一些削减渲染开销的技术，如延迟渲染（deferred rendering）、批处理（batching）等，以提高渲染效率。

3. 跨平台

WebGL 在多种浏览器和操作系统上可用，如 Chrome、Firefox、Safari、Opera 等。这意味着可以将同一套代码应用于多个平台，从而节省时间和精力。

4. 交互性

WebGL 可以在实时性和交互性上提供出色的体验。通过 WebSockets 和 WebRTC 技术，它可以实现高效的数据传输和低延迟的交互体验。这使得它成为游戏、虚拟现实、AR 等领域的首选技术之一。

WebGL 的基础

WebGL 利用了 HTML5 Canvas API 提供的绘图功能，同时通过 JavaScript API 直接与显卡交互，以实时处理和呈现 3D 场景。以下是 WebGL 的基础架构：


var canvas = document.getElementById("canvas"); // 获取画布
var gl = canvas.getContext("webgl"); // 获取 WebGL 上下文

在上面的代码中，首先获取一个画布，然后使用 getContext() 方法获取 WebGL 上下文。这个上下文是一个包含所有 WebGL 函数的 JavaScript 对象，通过它可以实现绘制、变换、着色等功能。接下来可以使用下面的代码初始化 WebGL：


function init() {
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 设置清除画布的颜色
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除之前绘制内容
}

在上面的代码中，使用 clearColor() 方法设置用于清除画布的颜色，并使用 clear() 方法清除之前绘制的内容。

WebGL 中的顶点和着色器

WebGL 中的图形通常由顶点和面组成，顶点指的是三维空间中的点，面指的是由若干个点连接而成的多边形。在 WebGL 中，可以使用顶点属性来描述每个顶点的属性，如位置、颜色等。以下是使用 WebGL 绘制三角形的示例代码：


var vertices = [
  0.0,  1.0,  0.0,
 -1.0, -1.0,  0.0,
  1.0, -1.0,  0.0
];
var vertexShaderSource =
  "attribute vec4 a_Position;\n" +
  "void main() {\n" +
  "  gl_Position = a_Position;\n" +
  "}\n";
var fragmentShaderSource =
  "void main() {\n" +
  "  gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);\n" +
  "}\n";
var program = createProgram(vertexShaderSource, fragmentShaderSource);
var positionLocation = gl.getAttribLocation(program, "a_Position");
var positionBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);
gl.enableVertexAttribArray(positionLocation);
gl.vertexAttribPointer(positionLocation, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

在上面的代码中，首先定义了三个顶点的位置数据，然后声明了一个顶点着色器和一个片元着色器。顶点着色器用于处理每个顶点的位置和其他属性，片元着色器用于确定每个像素的颜色。在这个示例中，顶点着色器只是简单地将顶点位置赋值给渲染管线中的输出变量 gl_Position。

接着，使用 createProgram() 方法创建渲染程序，并使用 getAttribLocation() 方法获取属性信息。然后使用 createBuffer() 方法创建缓冲区，并使用 bindBuffer() 方法绑定缓冲区。

最后，启用属性数组并使用 vertexAttribPointer() 方法定义属性，然后使用 drawArrays() 方法绘制三角形。

WebGL 应用

WebGL 的应用广泛，如游戏开发、虚拟现实、AR、科学计算等。以下是 WebGL 应用的一些示例：

1. Three.js

Three.js 是一个基于 WebGL 的 JavaScript 库，可以轻松创建和显示 3D 场景。它提供丰富的组件和接口，以实现光影、材质、贴图、动画等功能。

2. Blend4Web

Blend4Web 是一个基于 Blender 的 WebGL 框架，可用于开发高质量的 3D Web 应用程序。它提供多种预设组件、高度优化的渲染管道、模型载入和动画等功能。

3. Sketchfab

Sketchfab 是一个云存储平台，可用于上传、分享和展示 3D 模型。它支持多种 3D 格式，如 FBX、OBJ、BLEND 等，并具有交互式浏览、注释、分析等功能。

总结

WebGL 是一种强大、灵活、高效的 3D 图形渲染技术，是 Web 应用程序中快速实现交互性和可视化的首选方案之一。通过掌握基础知识和使用常见的开发框架和工具，可以轻松创建出高质量、交互式的 3D Web 应用程序。