用webgl绘制一个彩色旋转立方体

╰半夏微凉° 2022-06-13 11:22 210阅读 0赞

\#用webgl绘制一个旋转立方体

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今天给大家分享一个用webgl写的简单的三维场景：转动的交互式彩色立方体，其六个面的颜色都不一样。  
上次绘制二维彩色矩形时讲到，二维是三维场景的特殊情况，所以由二维向三维拓展也并不难，webgl里面提供了画三角形的方法，立方体有6个面，一个面由两个三角形组成，共计需要12个三角形，每个三角形又有3个顶点，故绘制立方体需要36个点，而实际上立方体只有8个顶点，这8个顶点有序组合成6个矩形面，如下图所示：

![立方体顶点示意图][format_png]

在程序里面有一个quad(a,b,c,d),表示一个矩形面，例如quad(v0,v1,v2,v3),表示第一个矩形面，其实为两个三角形构成，分别为(v1,v0,v3), (v1, v3,v2),按照这样的顶点索引顺序来画三角形，并最终构成整个立方体。  
最终程序运行如下图：在最底下的三个按钮是用于控制立方体绕坐标轴旋转的交互式按钮。

![demo截图][demo]

下面是本例的代码：（如果大家需本例完整文件，可联系我，完全开源，用于交流学习）  
cube.js：

/**
     * Created by wjh on 2017/6/27.
     */
    "use strict";
    var canvas;
    var gl;
    var points = [];//顶点容器
    var colors = [];//颜色容器
    var control;
    var u_control=[0,0,0];
    var xAxis = 0;
    var yAxis = 1;
    var zAxis = 2;
    var axis = 0;
    umVertices = 36;//立方体需要12个三角形，共36个顶点
    
    function init(){
        canvas = document.getElementById("cube");
        gl=WebGLUtils.setupWebGL(canvas);
        if(!gl){alert("您的浏览器不支持WebGL!");}
    
       gl.viewport(0,0,canvas.width,canvas.height);//设置视口大小
        gl.clearColor(0.0,0.0,0.0,1.0);//设置背景颜色
        colorCube();//彩色立方体
        gl.enable(gl.DEPTH_TEST);//消除隐藏面
        //初始化着色器
        var program = initShaders(gl,"v-shader","f-shader");
        gl.useProgram(program);
    
       //创建缓冲区，并向缓冲区写入立方体每个面的颜色信息
        var cBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer( gl.ARRAY_BUFFER, cBuffer );
        gl.bufferData( gl.ARRAY_BUFFER, flatten(colors), gl.STATIC_DRAW );
    
       //获取着色器中a_Color变量，并向其传递数据
        var a_Color = gl.getAttribLocation( program, "a_Color" );
        gl.vertexAttribPointer( a_Color, 4, gl.FLOAT, false, 0, 0 );
        gl.enableVertexAttribArray( a_Color );
    
       //创建缓冲区，并向缓冲区写入立方体的顶点左边信息
        var vBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer( gl.ARRAY_BUFFER, vBuffer );
        gl.bufferData( gl.ARRAY_BUFFER, flatten(points), gl.STATIC_DRAW );
        //获取着色器中a_Position变量，并向其传递数据
        var a_Position = gl.getAttribLocation(program,"a_Position");
        gl.vertexAttribPointer(a_Position,4,gl.FLOAT,false,0,0);
        gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
        //设置正射投影，即盒状空间，获取着色器变量u_Matrix，并传递数据
        var u_Matrix = gl.getUniformLocation(program,"u_Matrix");
        if(!u_Matrix){alert("获取u_Matrix位置失败！")}
        var iMatrix = new Matrix4();
        iMatrix.setOrtho(3,-3,-3,3,5,-5);
        gl.uniformMatrix4fv(u_Matrix,false,iMatrix.elements);
        control = gl.getUniformLocation(program,"u_control");
        
       //添加窗口监听事件，在窗口底下的三个按钮，用于控制立方体绕坐标轴转动
        document.getElementById( "xButton" ).onclick = function () {
            axis = xAxis;
        };
        document.getElementById( "yButton" ).onclick = function () {
            axis = yAxis;
        };
        document.getElementById( "zButton" ).onclick = function () {
            axis = zAxis;
        };
       render();//执行绘图函数
    }
    //彩色立方体的顶点索引
    function colorCube()
    {
        quad( 1, 0, 3, 2 );//第一个面
        quad( 2, 3, 7, 6 );//第二个面
        quad( 3, 0, 4, 7 );//第三个面
        quad( 6, 5, 1, 2 );//第四个面
        quad( 4, 5, 6, 7 );//第五个面
        quad( 5, 4, 0, 1 );//第六个面
    }
    function quad(a,b,c,d){
        //立方体的八个顶点(x,y,z,a)
        var vertices=[
            vec4( -1.0, -1.0,  1.0, 1.0 ),
            vec4( -1.0,  1.0,  1.0, 1.0 ),
            vec4(  1.0,  1.0,  1.0, 1.0 ),
            vec4(  1.0, -1.0,  1.0, 1.0 ),
            vec4( -1.0, -1.0, -1.0, 1.0 ),
            vec4( -1.0,  1.0, -1.0, 1.0 ),
            vec4(  1.0,  1.0, -1.0, 1.0 ),
            vec4(  1.0, -1.0, -1.0, 1.0 )
        ];
        //立方体面的颜色信息（r,g,b,a）
        var cubeColors = [
            [ 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 ],  // 黑
            [ 1.0, 0.0, 0.0, 1.0 ],  // 红
            [ 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 ],  // 黄
            [ 0.0, 1.0, 0.0, 1.0 ],  // 绿
            [ 0.0, 0.0, 1.0, 1.0 ],  // 蓝
            [ 1.0, 0.0, 1.0, 1.0 ],  // 品红
            [ 0.0, 1.0, 1.0, 1.0 ],  // 青色
            [ 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ]  //白色
        ];
        var indices = [ a, b, c, a, c, d ];//顶点索引顺序
        //存取顶点余顶点索引信息算法
        for ( var i = 0; i < indices.length; ++i ) {
            points.push( vertices[indices[i]] );
            //quad(1,0,3,2)按照indice的索引，另points.push(vertices[1],vertices[0],
            // vertices[3],vertices[1],vertices[3],vertices[2]);
            //再执行quad()......,直到六个quad()全执行完
            colors.push(cubeColors[a]);
        }
    
    }
    //绘制立方体
    function render(){
        //清除缓存和深度清除
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT|gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
        //控制立方体旋转
        u_control[axis] += 2.0;
        //获取顶点着色器中u_control的位置
        gl.uniform3fv(control, u_control);
        //画立方体
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES,0,NumVertices);
        //循环函数，用于无限执行和渲染动画，让立方体一直转动
        requestAnimationFrame(render);
    }
    window.onload = init;//窗口加载init函数，使立方体最终显示在屏幕上

cube.html：

<!DOCTYPE html>
    <html lang="en">
    <head>
        <meta charset="UTF-8">
        <title>cube</title>
        
        <script id="v-shader" type="x-shader/x-vertex">
            attribute vec4 a_Position;
            attribute vec4 a_Color;
            uniform   mat4 u_Matrix;
            uniform   vec3 u_control;
            varying   vec4 v_Color;
            void main()
            {
              vec3 angles = radians(u_control);
              vec3 c = cos(angles);
              vec3 s = sin(angles);
              
              mat4 rx = mat4 (1.0,0.0,0.0,0.0,
                         0.0,c.x,s.x,0.0,
                         0.0,-s.x,c.x,0.0,
                         0.0,0.0,0.0,1.0);
    
              mat4 ry = mat4(c.y,0.0,-s.y,0.0,
    		                 0.0,1.0, 0.0,0.0,
    		                 s.y,0.0,c.y,0.0,
    		                 0.0,0.0,0.0,1.0);
    		  mat4 rz = mat4(c.z,s.z,0.0,0.0,
    		                -s.z,c.z,0.0,0.0,
    		                 0.0,0.0,1.0,0.0,
    		                 0.0,0.0,0.0,1.0);
    
    
              gl_Position =  u_Matrix * rz * ry * rx * a_Position;
              gl_Position.z = -gl_Position.z;
              v_Color = a_Color;
            }
        </script>
        
        <script id="f-shader" type="x-shader/x-fragment">
    
            precision mediump float;
    
            varying vec4 v_Color;
            void main()
            {
              gl_FragColor = v_Color;
            }
        </script>
       
        <script type="text/javascript" src="../../libs/webgl-utils.js"></script>
        <script type="text/javascript" src="../../libs/MV.js"></script>
        <script type="text/javascript" src="../../libs/initShaders.js"></script>
        <script type="text/javascript" src="../../libs/cuon-matrix.js"></script>
        <script type="text/javascript" src="cube.js"></script>
    </head>
    <body>
    <canvas id="cube" width="618" height="618">
    </canvas>
    <br/>
    
    <button id="xButton">Rotate X</button>
    <button id="yButton">Rotate Y</button>
    <button id="zButton">Rotate Z</button>
    </body>
    </html>

好了，今天就给大家分享到这里，请大家多多支持和交流。

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[demo]: /images/20220613/03405dadef184a0e9a4834fdc4921267.png