glsl着色器学习（七）

news2025/11/4 11:17:53

先了解一个矩阵库twgl/m4

是一个4x4 矩阵数学转换函数的库

normalize(a, dst)
- 将一个向量除以它的欧几里得长度，归一化后返回
- 参数"a"是一个vec3（三维向量）
- 参数"dst"是用来接收结果的，如果不传，则创建一个新的
identity(dst)
- 创建一个n × n 的单位矩阵
- 参数"dst"是用来接收结果的，如果不传，则返回一个新的n × n 的单位矩阵
translate（m， v， dstopt）
- 将给定的 4×4 矩阵转换为给定的向量 v
- 返回已转换的矩阵
rotateX(m, angleInRadians, dstopt)
- 将给定的4 × 4矩阵绕x轴旋转给定的角度。
rotateY（m， angleInRadians， dstopt）
- 将给定的4 × 4矩阵绕y轴旋转给定的角度。
perspective（fieldOfViewYInRadians， aspect， zNear， zFar， dstopt）
- 在给定视锥体的角度高度、纵横比以及近剪裁平面和远剪裁平面的情况下，计算 4×4 透视转换矩阵。参数定义沿负 z 方向延伸的视锥体。给定的角度是平截体的垂直角度，水平角度确定以产生给定的纵横比。参数 near 和 far 是到 near 和 far 剪切平面的距离。请注意，near 和 far 不是 z 坐标，而是沿负 z 轴的距离


let texUnit = 6;
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0 + texUnit);
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, checkerTexture);
gl.uniform1i(diffuseLoc, texUnit);

texUnit = 3;
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0 + texUnit);
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, decalTexture);
gl.uniform1i(decalLoc, texUnit);

gl.uniform3fv(lightDirLoc, m4.normalize([1, 5, 8]));

const projection = m4.perspective(
  60 * Math.PI / 180,  // fov
  gl.canvas.clientWidth / gl.canvas.clientHeight,  // aspect
  0.1,  // near
  10,   // far
);
gl.uniformMatrix4fv(projectionLoc, false, projection);

// draw center cube

let modelView = m4.identity();
modelView = m4.translate(modelView, 0, 0, -4);
modelView = m4.xRotate(modelView, 0.5);
modelView = m4.yRotate(modelView, 0.5);

gl.uniformMatrix4fv(modelViewLoc, false, modelView);

gl.uniform4fv(diffuseMultLoc, [0.7, 1, 0.7, 1]);

gl.drawElements(
    gl.TRIANGLES,
    36,                // num vertices to process
    gl.UNSIGNED_SHORT, // type of indices
    0,                 // offset on bytes to indices
);

// draw left cube

modelView = m4.identity();
modelView = m4.translate(modelView, -3, 0, -4);
modelView = m4.xRotate(modelView, 0.5);
modelView = m4.yRotate(modelView, 0.8);

gl.uniformMatrix4fv(modelViewLoc, false, modelView);

gl.uniform4fv(diffuseMultLoc, [1, 0.7, 0.7, 1]);

gl.drawElements(
    gl.TRIANGLES,
    36,                // num vertices to process
    gl.UNSIGNED_SHORT, // type of indices
    0,                 // offset on bytes to indices
);

// draw right cube

modelView = m4.identity();
modelView = m4.translate(modelView, 3, 0, -4);
modelView = m4.xRotate(modelView, 0.6);
modelView = m4.yRotate(modelView, -0.6);

gl.uniformMatrix4fv(modelViewLoc, false, modelView);

gl.uniform4fv(diffuseMultLoc, [0.7, 0.7, 1, 1]);

gl.drawElements(
    gl.TRIANGLES,
    36,                // num vertices to process
    gl.UNSIGNED_SHORT, // type of indices
    0,                 // offset on bytes to indices
);

设置纹理单元和绑定纹理

let texUnit = 6; gl.activeTexture(gl.TEXTURE0 + texUnit);
1. 定义一个纹理单元编号为 6。然后使用 activeTexture函数激活纹理单元 TEXTURE0+ 6，这表示后续对纹理的操作将针对这个特定的纹理单元进行
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, checkerTexture)；
1. 将之前创建的棋盘格纹理（checkerTexture）绑定到当前激活的纹理单元上
gl.uniform1i(diffuseLoc, texUnit);
1. 通过 diffuseLoc（之前获取的统一变量位置）设置片元着色器中的纹理采样器对应的纹理单元编号为 6。这样片元着色器就知道从哪个纹理单元获取基本颜色纹理。

设置光照方向

gl.uniform3fv(lightDirLoc, m4.normalize([1, 5, 8]));
1. 通过 lightDirLoc（之前获取的统一变量位置）设置片元着色器中的光照方向为经过归一化处理后的向量 [1, 5, 8]。这将影响片元着色器中的光照计算。

设置投影矩阵

const projection = m4.perspective(60 * Math.PI / 180, gl.canvas.clientWidth / gl.canvas.clientHeight, 0.1, 10);
1. 创建一个透视投影矩阵。参数分别为视野角度（60 度转换为弧度）、画布的宽高比、近裁剪平面距离（0.1）和远裁剪平面距离（10）。
gl.uniformMatrix4fv(projectionLoc, false, projection);
1. 通过 projectionLoc（之前获取的统一变量位置）将创建的投影矩阵上传到顶点着色器中的 projection统一变量，用于将顶点从视图空间转换到裁剪空间

绘制立方体

let modelView = m4.identity();
1. 创建一个初始的模型视图矩阵为单位矩阵。
modelView = m4.translate(modelView, 0, 0, -4);
1. 对模型视图矩阵进行平移操作，将立方体沿 Z 轴负方向移动 -4 个单位，确定其在世界空间中的位置。
modelView = m4.xRotate(modelView, 0.5) 和 modelView = m4.yRotate(modelView, 0.5);
1. 分别绕 X 轴和 Y 轴旋转模型视图矩阵，旋转角度分别为 0.5。
gl.uniformMatrix4fv(modelViewLoc, false, modelView)
1. 通过 modelView（之前获取的统一变量位置）将更新后的模型视图矩阵上传到顶点着色器中的 modelView 统一变量，用于将顶点从模型空间转换到视图空间。
gl.uniform4fv(diffuseMultLoc, [0.7, 1, 0.7, 1]);
1. 设置片元着色器中的 diffuseMultLoc（基本颜色纹理缩放因子）为 [0.7, 1, 0.7, 1]，用于调整中心立方体的颜色。
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);
1. 使用索引缓冲中的数据绘制三角形，绘制模式为 gl.TRIANGLES，处理 36 个顶点索引，索引数据类型为无符号短整型，偏移量为 0。这将绘制出中心的立方体
左边和右边立方体绘制也是同样的道理，左边立方体沿着X轴负方向移动了3个单位长度，右边立方体沿着X轴正方向移动了3个单位长度。