如何在webGL和p5.js中创建3D几何体？-猿码集

1.介绍

WebGL和p5.js是两种用于创建3D几何体的流行工具。WebGL是一种JavaScript库，允许在Web浏览器中创建3D图形。p5.js是一种JavaScript库，可以用来创建动态图形和交互式图形。本文将介绍如何使用这两种工具创建3D几何体。

2.使用WebGL创建几何体

WebGL是一种强大的3D图形库，可以允许用户在Web浏览器中创建复杂的渲染模型。要使用WebGL创建几何体，您需要了解一些基本的WebGL概念，例如顶点着色器和片元着色器。

2.1 创建能够渲染几何体的WebGL上下文

要使用WebGL创建3D几何体，您需要首先创建一个WebGL上下文。通常创建WebGL上下文的最简单方法是创建canvas元素并使用WebGL上下文的getContext()方法。以下是一个示例：


let canvas = document.getElementById('myCanvas');
let gl = canvas.getContext('webgl');

在此示例中，我们首先通过ID获取了canvas元素。然后，我们调用getContext()方法，将WebGL上下文分配给变量gl。

2.2 定义顶点数组

一旦您拥有一个WebGL上下文，您需要定义一个顶点数组。顶点数组是指一个包含几何形状的所有顶点坐标的数组。以下是一个简单的顶点数组的示例：


let vertices = [
  0.5, 0.5, 0.0,
  0.5, -0.5, 0.0,
  -0.5, -0.5, 0.0,
  -0.5, 0.5, 0.0
];

在上面的示例中，我们定义一个简单的正方形，由四个顶点组成，每个顶点有3个坐标。我们会在后面的步骤中使用这些坐标来定义正方形。

2.3 编写着色器

要将几何形状渲染到WebGL上下文中，您需要编写一对着色器。顶点着色器负责将顶点转换为屏幕上的2D坐标，片元着色器负责计算每个像素的颜色。以下是一个基本的顶点着色器的示例：


let vertexShaderSource = `
  attribute vec3 aPosition;
  void main() {
    gl_Position = vec4(aPosition, 1.0);
  }
`;

在此着色器中，我们定义了一个属性aPosition，它表示顶点坐标。我们然后将着色器的输出设置为gl_Position，以将顶点转换为屏幕坐标。

以下是一个基本的片元着色器：


let fragmentShaderSource = `
  void main() {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
  }
`;

在这个着色器中，我们设置每个像素的颜色为纯白色。

2.4 定义缓冲区

一旦您创建了顶点数组并编写了着色器，您需要为顶点数组创建缓冲区。缓冲区是一种用于在WebGL上下文中存储数据的机制。以下是一个例子：


let positionBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);

在此示例中，我们首先使用createBuffer()方法创建了一个新的缓冲区。然后，我们使用bindBuffer()方法将缓冲区绑定到当前WebGL上下文的ARRAY_BUFFER目标上。最后，我们使用bufferData()方法将顶点数组中的数据复制到缓冲区中。

2.5 渲染几何体

一旦您已经定义了顶点数组、编写了着色器并创建了缓冲区，您就可以将几何体渲染到WebGL上下文中。以下是一个渲染三角形的例子：


gl.useProgram(program);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
let positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, "aPosition");
gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);
let size = 3;
let type = gl.FLOAT;
let normalize = false;
let stride = 0;
let offset = 0;
gl.vertexAttribPointer(
  positionAttributeLocation, size, type, normalize, stride, offset);
let primitiveType = gl.TRIANGLES;
let indexOffset = 0;
let indexCount = 3;
gl.drawArrays(primitiveType, indexOffset, indexCount);

在此示例中，我们首先使用useProgram()方法指定要使用的着色器程序。然后，我们使用bindBuffer()方法将缓冲区绑定到当前WebGL上下文的ARRAY_BUFFER目标上。我们接下来调用getAttribLocation()方法来获取属性aPosition的位置，并使用enableVertexAttribArray()方法启用该属性。

我们然后使用vertexAttribPointer()方法指定属性的布局信息，包括每个属性值的大小、类型、标准化选项、步长和偏移量。最后，我们使用drawArrays()方法渲染几何体。

3.使用p5.js创建几何体

p5.js是一种基于WebGL的JavaScript库，可以用于创建动态图形和交互式图形。要创建3D几何体，您可以使用p5.js中的createShape()方法。

3.1 绘制基本形状

p5.js可以绘制一系列基本形状，例如立方体、球体和圆锥体。以下是一个创建球体的例子：


let mySphere = createShape(SPHERE, 50);
mySphere.translate(width/2, height/2, 0);
shape(mySphere);

在此示例中，我们首先使用createShape()方法创建一个球体。我们指定球体的详细程度（50），以获得更平滑的球体。然后，我们使用translate()方法将球体移动到窗口的中央。最后，我们使用shape()方法绘制这个球体。

3.2 绘制自定义几何体

p5.js还可以使用自定义几何形状。要创建自定义几何形状，请首先创建一个p5.Geometry对象，该对象包含顶点、法线和纹理坐标数组。以下是一个创建正方体的例子：


let myCube = createShape();
let dimension = 50;
let vertices = [
  dimension, dimension, -dimension,
  -dimension, dimension, -dimension,
  -dimension, -dimension, -dimension,
  dimension, -dimension, -dimension,
  dimension, dimension, dimension,
  -dimension, dimension, dimension,
  -dimension, -dimension, dimension,
  dimension, -dimension, dimension
];
myCube.setGeometry(vertices, null, null);
for (var i = 0; i < 24; i+=4) {
  myCube.fill(255).stroke(false);
  myCube.quad(i, i+1, i+2, i+3);
}
shape(myCube);

在此示例中，我们首先创建了一个空的p5.Geometry对象。我们定义了一个维度变量，并创建了一个立方体的顶点数组，其中每个面有4个顶点。然后，我们使用setGeometry()方法将顶点数组分配给p5.Geometry对象。我们然后循环遍历所有面，并使用fill()、stroke()和quad()方法为每个面填充颜色。

结论

WebGL和p5.js是用于创建3D几何体的流行工具。使用WebGL，您可以创建自定义化和更高级的几何体，但学习曲线较陡。使用p5.js，您可以快速而轻松地创建基本几何体，而不需要太多的深入学习。选择哪种方法取决于您需要创建什么类型的3D几何体以及您是否能够花费更多时间来学习WebGL的复杂性。

如何在webGL和p5.js中创建3D几何体？