HTML5中WebGL原生開(kāi)發(fā)開(kāi)啟網(wǎng)頁(yè)3D渲染的過(guò)程是怎樣的

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)HTML5中WebGL原生開(kāi)發(fā)開(kāi)啟網(wǎng)頁(yè)3D渲染的過(guò)程是怎樣的，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。

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WebGL開(kāi)啟了網(wǎng)頁(yè)3D渲染的新時(shí)代，它允許在canvas中直接渲染3D的內(nèi)容，而不借助任何插件。WebGL同canvas 2D的API一樣，都是通過(guò)腳本操縱對(duì)象，所以步驟也是基本相似：準(zhǔn)備工作上下文，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，在canvas中繪制對(duì)象并渲染。與2D不同的就是3D涉及的知識(shí)更多了，例如世界、光線、紋理、相機(jī)、矩陣等專業(yè)知識(shí)。

瀏覽器的支持
由于微軟有自己的圖形發(fā)展計(jì)劃，一直不支持WebGL，所以IE目前除了安裝插件外，是無(wú)法運(yùn)行WebGL的。其他的主流瀏覽器如Chrome、FireFox、Safari、Opera等，都裝上最新的版本就可以了。除了瀏覽器要裝最新的外，還要保證顯卡的驅(qū)動(dòng)也是最新的。
裝上這些以后，可以打開(kāi)瀏覽器，輸入下面的網(wǎng)址驗(yàn)證一下瀏覽器對(duì)WebGL的支持情況：http://webglreport.sourceforge.net/。

在正常安裝以上瀏覽器之后還是不能運(yùn)行WebGL，那你可以強(qiáng)制開(kāi)啟WebGL支持試一試。開(kāi)啟方法如下：
Chrome瀏覽器
我們需要為Chrome加入一些啟動(dòng)參數(shù)，以下具體操作步驟以Windows操作系統(tǒng)為例：找到Chrome瀏覽器的快捷方式，右鍵點(diǎn)擊快捷方式，選擇屬性；在目標(biāo)框內(nèi)，chrome.exe后面的引號(hào)后面，加入以下內(nèi)容：

--enable-webgl--ignore-gpu-blacklist--allow-file-access-from-files

點(diǎn)擊確定后關(guān)閉Chrome，然后用此快捷方式啟動(dòng)Chrome瀏覽器。
幾個(gè)參數(shù)的含義如下：
--enable-webgl的意思是開(kāi)啟WebGL支持；
--ignore-gpu-blacklist的意思是忽略GPU黑名單，也就是說(shuō)有一些顯卡GPU因?yàn)檫^(guò)于陳舊等原因，不建議運(yùn)行WebGL，這個(gè)參數(shù)可以讓瀏覽器忽略這個(gè)黑名單，強(qiáng)制運(yùn)行WebGL；
--allow-file-access-from-files的意思是允許從本地載入資源，如果你不是WebGL的開(kāi)發(fā)者，不需要開(kāi)發(fā)調(diào)試WebGL，只是想要看一下WebGL的Demo，那你可以不添加這個(gè)參數(shù)。

Firefox瀏覽器
Firefox的用戶請(qǐng)?jiān)跒g覽器的地址欄輸入“about:config”，回車，然后在過(guò)濾器（filter）中搜索“webgl”，將webgl.force-enabled設(shè)置為true；將webgl.disabled設(shè)置為false；在過(guò)濾器（filter）中搜索“security.fileuri.strict_origin_policy”，將security.fileuri.strict_origin_policy設(shè)置為false；然后關(guān)閉目前開(kāi)啟的所有Firefox窗口，重新啟動(dòng)Firefox。
前兩個(gè)設(shè)置是強(qiáng)制開(kāi)啟WebGL支持，最后一個(gè)security.fileuri.strict_origin_policy的設(shè)置是允許從本地載入資源，如果你不是WebGL的開(kāi)發(fā)者，不需要開(kāi)發(fā)調(diào)試WebGL，只是想要看一下WebGL的Demo，那你可以不設(shè)置此項(xiàng)。

Safari瀏覽器
在菜單中找到“屬性”→“高級(jí)”，選中“顯示開(kāi)發(fā)菜單”，然后到“開(kāi)發(fā)”菜單，選中“開(kāi)啟WebGL”。

開(kāi)發(fā)步驟

下面的代碼只是簡(jiǎn)單總結(jié)一下相關(guān)的概念，它來(lái)源于參考中的中文教程，涉及較多的3D方面的知識(shí)。感興趣的同學(xué)直接可以跳到實(shí)用參考中的中文教程中學(xué)習(xí)，比我這里講解的要詳細(xì)和準(zhǔn)確的多。湊熱鬧的同學(xué)簡(jiǎn)單看看就可以了，不用深究每一行代碼的含義。

準(zhǔn)備工作
這個(gè)不用說(shuō)了，就是在頁(yè)面上添加一個(gè)canvas元素作為渲染的容器。例如：

代碼如下:

<bodyonload="start()">
<canvasid="glcanvas"width="640"height="480">
Yourbrowserdoesn'tappeartosupporttheHTML5canvaselement.
</canvas>
</body>

下面就是正式開(kāi)始寫(xiě)腳本的時(shí)候了，首先看一下程序入口以及整體結(jié)構(gòu)：

代碼如下:

functionstart(){
varcanvas=document.getElementById("glcanvas");
initGL(canvas);
initShaders();
initBuffers();
gl.clearColor(0.0,0.0,0.0,1.0);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
drawScene();
}

這里的幾個(gè)方法代表了典型的WebGL的繪制步驟：

步驟一：初始化WebGL工作環(huán)境 - initGL
這個(gè)方法的代碼如下：

代碼如下:

vargl;
functioninitGL(canvas){
gl=null;
try{
//Trytograbthestandardcontext.Ifitfails,fallbacktoexperimental.
gl=canvas.getContext("webgl")||canvas.getContext("experimental-webgl");
}
catch(e){} //Ifwedon'thaveaGLcontext,giveupnow
if(!gl){
alert("UnabletoinitializeWebGL.Yourbrowsermaynotsupportit.");
}
}

這個(gè)方法很簡(jiǎn)單，就是獲取WebGL的繪制環(huán)境，需要把參數(shù)"webgl"傳給canvas.getContext方法就行了，但是由于目前WebGL的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有最終定型，所以實(shí)驗(yàn)階段用的參數(shù)都是"experimental-webgl"。當(dāng)然你直接去調(diào)用canvas.getContext("experimental-webgl")也是可以的，等標(biāo)準(zhǔn)定下以后，你再修改一個(gè)代碼。

步驟二：初始化著色器Shaders - initShaders
著色器Shader概念比較簡(jiǎn)單，說(shuō)白了就是顯卡運(yùn)算指令。構(gòu)造3D場(chǎng)景需要進(jìn)行大量的顏色、位置等等信息的計(jì)算，如果這些計(jì)算由軟件執(zhí)行的話，速度會(huì)很慢。所以把這些運(yùn)算讓顯卡去計(jì)算，速度就很快；如何去執(zhí)行這些計(jì)算，就是由著色器指定的。著色器代碼是用一種叫做GLSL的著色器語(yǔ)言編寫(xiě)的，這個(gè)我們不去講述這個(gè)語(yǔ)言了。
著色器可以在html中定義，在代碼中使用。當(dāng)然了你在程序中用一個(gè)字符串去定義著色器也是一樣的。
下面先看定義的部分：

代碼如下:

<scriptid="shader-fs"type="x-shader/x-fragment">
precisionmediumpfloat;
varyingvec4vColor;
voidmain(void){
gl_FragColor=vColor;
}
</script>
<scriptid="shader-vs"type="x-shader/x-vertex">
attributevec3aVertexPosition;
attributevec4aVertexColor;
uniformmat4uMVMatrix;
uniformmat4uPMatrix;
varyingvec4vColor;
voidmain(void){
gl_Position=uPMatrix*uMVMatrix*vec4(aVertexPosition,1.0);
vColor=aVertexColor;
}
</script>

這里有兩個(gè)著色器：面著色器和頂點(diǎn)著色器。
關(guān)于這兩個(gè)著色器，這里有必要說(shuō)明一下，計(jì)算機(jī)中的3D模型基本都是由點(diǎn)結(jié)合三角面片去描述的，頂點(diǎn)著色器就是去處理這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而面著色器就是通過(guò)插值的方式，去處理三角面片上點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
上面定義的頂點(diǎn)著色器就定義了頂點(diǎn)的位置和顏色計(jì)算方式；而面著色器定義了插值點(diǎn)的顏色計(jì)算方式。實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，還會(huì)涉及到在著色器中處理光線等效果。
定義了著色器，在程序中就可以查找到它們并可以去使用：

代碼如下:

varshaderProgram;
functioninitShaders(){
varfragmentShader=getShader(gl,"shader-fs");
varvertexShader=getShader(gl,"shader-vs");
shaderProgram=gl.createProgram();
gl.attachShader(shaderProgram,vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram,fragmentShader);
gl.linkProgram(shaderProgram);
if(!gl.getProgramParameter(shaderProgram,gl.LINK_STATUS)){
alert("Couldnotinitialiseshaders");
}
gl.useProgram(shaderProgram);
shaderProgram.vertexPositionAttribute=gl.getAttribLocation(shaderProgram,"aVertexPosition");
gl.enableVertexAttribArray(shaderProgram.vertexPositionAttribute);
shaderProgram.vertexColorAttribute=gl.getAttribLocation(shaderProgram,"aVertexColor");
gl.enableVertexAttribArray(shaderProgram.vertexColorAttribute);
shaderProgram.pMatrixUniform=gl.getUniformLocation(shaderProgram,"uPMatrix");
shaderProgram.mvMatrixUniform=gl.getUniformLocation(shaderProgram,"uMVMatrix");
}

著色器是有了，但是怎么讓顯卡去執(zhí)行，Program就是這種橋梁，它是WebGL原生的二進(jìn)制碼，它的作用基本上就是讓顯卡運(yùn)行著色器代碼去渲染指定的模型數(shù)據(jù)。
這里還用到一個(gè)輔助方法getShader，這個(gè)方法就是遍歷html文檔，查找著色器的定義，拿到定義后創(chuàng)建著色器，這里就不細(xì)說(shuō)了：

代碼如下:

functiongetShader(gl,id){
varshaderScript,theSource,currentChild,shader;
shaderScript=document.getElementById(id);
if(!shaderScript){
returnnull;
}
theSource="";
currentChild=shaderScript.firstChild;
while(currentChild){
if(currentChild.nodeType==currentChild.TEXT_NODE){
theSource+=currentChild.textContent;
}
currentChild=currentChild.nextSibling;
}
if(shaderScript.type=="x-shader/x-fragment"){
shader=gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
}elseif(shaderScript.type=="x-shader/x-vertex"){
shader=gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
}else{
//Unknownshadertype
returnnull;
}
gl.shaderSource(shader,theSource);
//Compiletheshaderprogram
gl.compileShader(shader);
//Seeifitcompiledsuccessfully
if(!gl.getShaderParameter(shader,gl.COMPILE_STATUS)){
alert("Anerroroccurredcompilingtheshaders:"+gl.getShaderInfoLog(shader));
returnnull;
}
returnshader;
}

步驟三：創(chuàng)建/加載模型數(shù)據(jù) - initBuffers
這些小例子中，模型數(shù)據(jù)基本都是直接生成的，實(shí)際的程序中，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該都是從模型加載得到的：

代碼如下:

vartriangleVertexPositionBuffer;
vartriangleVertexColorBuffer;
functioninitBuffers(){
triangleVertexPositionBuffer=gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,triangleVertexPositionBuffer);
varvertices=[
0.0,1.0,0.0,
-1.0,-1.0,0.0,
1.0,-1.0,0.0
];
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,newFloat32Array(vertices),gl.STATIC_DRAW);
triangleVertexPositionBuffer.itemSize=3;
triangleVertexPositionBuffer.numItems=3;
triangleVertexColorBuffer=gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,triangleVertexColorBuffer);
varcolors=[
1.0,0.0,0.0,1.0,
0.0,1.0,0.0,1.0,
0.0,0.0,1.0,1.0
];
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,newFloat32Array(colors),gl.STATIC_DRAW);
triangleVertexColorBuffer.itemSize=4;
triangleVertexColorBuffer.numItems=3;
}

上面這段代碼創(chuàng)建了三角形的頂點(diǎn)和頂點(diǎn)的顏色數(shù)據(jù)并放在緩沖區(qū)中。

步驟四：渲染 - drawScene
準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)以后，交給WebGL去渲染就好了，這里調(diào)用的是gl.drawArrays方法。看代碼：

代碼如下:

functiondrawScene(){
gl.viewport(0,0,gl.viewportWidth,gl.viewportHeight);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT|gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
pMatrix=okMat4Proj(45.0,gl.viewportWidth/gl.viewportHeight,0.1,100.0);
mvMatrix=okMat4Trans(-1.5,0.0,-7.0);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,triangleVertexPositionBuffer);
gl.vertexAttribPointer(shaderProgram.vertexPositionAttribute,triangleVertexPositionBuffer.itemSize,gl.FLOAT,false,0,0);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,triangleVertexColorBuffer);
gl.vertexAttribPointer(shaderProgram.vertexColorAttribute,triangleVertexColorBuffer.itemSize,gl.FLOAT,false,0,0);
setMatrixUniforms();
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES,0,triangleVertexPositionBuffer.numItems);
}

這個(gè)函數(shù)首先設(shè)置了3D世界的背景為黑色，然后設(shè)置投影矩陣，設(shè)置待繪制對(duì)象的位置，然后根據(jù)緩沖中的頂點(diǎn)和顏色數(shù)據(jù)，繪制對(duì)象。這里還有一些生成投影矩陣和模型視圖矩形的輔助方法(使用了Oak3D圖形庫(kù)中的矩陣輔助方法)與主題關(guān)系不大，這里就不詳細(xì)解釋了。
基本上流程就是這么多了，更復(fù)雜的紋理，光線等都是在這些基礎(chǔ)上加入一些WegGL的特性實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)請(qǐng)參看后面的中文教程，里面有詳細(xì)的例子。

怎么樣？使用原生的WebGL開(kāi)發(fā)是一種什么感受？不僅需要有深厚的3D知識(shí)，還需要知道各種實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。WebGL這樣做是為了靈活的適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景，但是對(duì)于大多數(shù)像我這樣非專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，很多細(xì)節(jié)是不需要知道的。這樣就催生了各種輔助開(kāi)發(fā)的類庫(kù)，例如這節(jié)用到的Oak3D庫(kù)(為了演示W(wǎng)ebGL開(kāi)發(fā)，例子中只用到了矩陣輔助方法)。下一節(jié)會(huì)介紹一個(gè)用的比較多的Three.js圖形庫(kù)。

關(guān)于HTML5中WebGL原生開(kāi)發(fā)開(kāi)啟網(wǎng)頁(yè)3D渲染的過(guò)程是怎樣的就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。

名稱欄目：HTML5中WebGL原生開(kāi)發(fā)開(kāi)啟網(wǎng)頁(yè)3D渲染的過(guò)程是怎樣的
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