渐变变形工具使用方法（webgl 系列 —— 渐变三角形）

时间2025-05-02 08:14:34分类IT科技浏览3358

导读：其他章节请看：...

其他章节请看：

webgl 系列

渐变三角形

本文通过一个渐变三角形的示例逐步分析：varying变量、合并缓冲区、图形装配、光栅化、varying 内插

绘制三个点v1

需求：绘制三个相同颜色的点，效果如下：

通过三角形的学习，这个需求非常容易实现。代码如下：

绘制三个点v2

需求

需求：绘制三个不同颜色的点（基于版本1），效果如下：

Tip: 绘制三个点不同颜色的点其实也就完成了渐变三角形的绘制。这里调用了两次 drawArrays() ，也就是绘制了两个图元，一系列点、三角形。

核心代码

相对版本1 ，变化的代码如下：

改变颜色(varying)

前面我们说过着色器语言（GLSL ES）有三种类型的“变量 ” ，我们已经使用了两种：

attribute - 传输的是那些与顶点相关的数据。只有顶点着色器才能使用。例如顶点的位置、大小、颜色 uniform - 传输的是那些对于所有顶点都相同的数据。例如变化矩阵

现在我们可以将颜色从 js 传入 attribute 。但真正影响颜色绘制的是片元着色器的 gl_FragColor ，目前我们是静态设置。就像这样：

const FSHADER_SOURCE = ` void main() { gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); } `

如何将顶点着色器中的数据传入片元着色器？

我们曾经通过 uniform 给片元着色器传递颜色。就像这样：

const FSHADER_SOURCE = ` uniform vec4 u_FragColor; void main() { gl_FragColor = u_FragColor; } `

但是 uniform 是相同的的变量，没法为每个顶点准备一个值。为了让每个点的颜色不同，需要使用varying（不同的）变量。

使用 varying 给片元着色器传递值（颜色）。就像这样：

const VSHADER_SOURCE = ` // 定义一个 attribute 变量，用于接收 js 传入的颜色 attribute vec4 a_Color; // 定义 varying 变量。用于传递给片元着色器 varying vec4 v_Color; void main() { gl_Position = a_Position; gl_PointSize = 10.0; // 给 varying 变量赋值 v_Color = a_Color; } ` const FSHADER_SOURCE = ` precision mediump float; // 声明一个与顶点着色器中相同的 varying 变量名，用于接收颜色 varying vec4 v_Color; void main() { gl_FragColor = v_Color; } `

代码解析：

通过在顶点着色器中声明一个 attribute 变量用于接收 js 传入的颜色在顶点着色器中声明一个 varying 变量，用于接收 attribute 中的颜色，并将颜色传给片元着色器片元着色器声明一个与顶点着色器中相同的 varying 变量名，接收颜色

Tip：顶点着色器中的 varying 变量 v_Color 与片元着色器中的 varying 变量 v_Color 不同。中间涉及 varying 内插，下文会介绍。

合并缓冲区

渐变三角形将顶点和每个顶点的颜色写在一起，数据结构如下：

data: new Float32Array([ - 0.0, 0.5, - -0.5, -0.5, - 0.5, -0.5 + 0.0, 0.5, 1.0, 0.0, 0.0, + -0.5, -0.5, 0.0, 1.0, 0.0, + 0.5, -0.5, 0.0, 0.0, 1.0, ]),

在渐变三角形示例中我们只用了一个缓冲区对象（const vertexBuffer = gl.createBuffer();），当然也可以使用两个缓冲区对象来实现相同的效果。核心代码如下：

// 声明第二个缓冲区对象：颜色缓冲区 const vertexColorBuffer = gl.createBuffer(); if (!vertexColorBuffer) { console.log(创建缓冲区对象失败); return -1; } gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexColorBuffer); // 颜色数据抽离出来 const colors = new Float32Array([ 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, ]); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors, gl.STATIC_DRAW); const a_Color = gl.getAttribLocation(gl.program, a_Color); if (a_Color < 0) { console.log(Failed to get the storage location of a_Color); return -1; } gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0); gl.enableVertexAttribArray(a_Color);

将多个缓冲区合并，代码更简洁。思路：

首先将顶点位置和颜色写在一个数组中然后通过 vertexAttribPointer() 来读取不同的信息（顶点位置、颜色）。

请看代码：

const vertices = { // 顶点位置和颜色写在一起 data: new Float32Array([ 0.0, 0.5, 1.0, 0.0, 0.0, -0.5, -0.5, 0.0, 1.0, 0.0, 0.5, -0.5, 0.0, 0.0, 1.0, ]), vertexNumber: 3, count: 2, } // 每个元素所占用的字节数 const FSIZE = data.BYTES_PER_ELEMENT; // FSIZE * 5 - 指定每个点的字节数 // 0 - 偏移量 gl.vertexAttribPointer(a_Position, count, gl.FLOAT, false, FSIZE * 5, 0); /* 提取颜色： 3 - 分量数 FSIZE * 2 - 偏移量，从第三个开始 */ gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 5, FSIZE * 2);

例如提取颜色：每个点总共字节数是 FSIZE * 5 ，颜色占3个分量，从第三（FSIZE * 2）个数开始读取 3 个分量。

为什么是渐变

我们定义了三个不同颜色的点，绘制出来的三角形为什么却是渐变色彩？

要回答这个问题，需要说一下整个绘制过程。

请看下图：

首先确定顶点坐标，我们传了三个顶点接着将孤立的顶点坐标装配成几何图形。几何图形的类别由 drawArrays() 第一个参数决定将装配好的几何图形转为片元（简单认为是像素，这里为了示意，只显示了10个片元），这个过程称为光栅化。

图形装配和光栅化过程如下图所示：

一旦光栅化结束，程序就开始逐片元调用片元着色器。这里调用了10次，每调用一次就处理一个片元。对于每个片元，片元着色器计算出该片元的颜色，并写入颜色缓冲区，当最后一个片元被处理完成，浏览器就会显示最终结果。就像这样：

渐变其实是由 varying 变量的内插导致的。比如绘制一条线，一端是红色，一端是蓝色，我们在顶点着色器向 varying 变量 v_Color 赋上两个颜色，webgl 会计算出线段上所有点（片元）的颜色，并赋值给片元着色器中的 varying 变量 v_Color 。就像这样：

顶点着色器中的 v_Color 和片元着色器中的 v_Color 不是一回事。示意如下：

其他章节请看：

webgl 系列