认识 WebGL

WebGL 产生背景

WebGL 规范产生以前，浏览器如果想实现 3D 动画效果，只能借助一些浏览器插件，比如 Adobe 的 Flash、微软的 SilverLight 等来实现，那么，为了打破这一局限，各大知名公司联手制定了一种跨平台的 3D 开发标准，也就是 WebGL 规范。

WebGL 是什么

WebGL 是一组基于 JavaScript 语言的图形规范，浏览器厂商按照这组规范进行实现，为 Web 开发者提供一套3D图形相关的 API。

这些 API 能够让 Web 开发者使用 JavaScript 语言直接和显卡（GPU）进行通信。当然 WebGL 的 GPU 部分也有对应的编程语言，简称 GLSL。我们用它来编写运行在 GPU 上的着色器程序。着色器程序需要接收 CPU（WebGL 使用 JavaScript） 传递过来的数据，然后对这些数据进行流水线处理，最终显示在屏幕上，进而实现丰富多彩的 3D 应用，比如 3D 图表，网页游戏，3D 地图，WebVR 等。

WebGL 工作原理

我们知道，WebGL 只能够绘制点、线段、三角形这三种基本图元，但是我们经常看到 WebGL 程序中含有立方体、球体、圆柱体等规则形体，甚至很多更复杂更逼真的不规则模型，那么 WebGL 是如何绘制它们的呢？其实这些模型本质上是由一个一个的点组成，GPU 将这些点用三角形图元绘制成一个个的微小平面，这些平面之间互相连接，从而组成各种各样的立体模型。

因此，我们的首要任务是创建组成这些模型的顶点数据。

一般情况下，最初的顶点坐标是相对于模型中心的，不能直接传递到着色器中，我们需要对顶点坐标按照一系列步骤执行模型转换，视图转换，投影转换，转换之后的坐标才是 WebGL 可接受的坐标，即裁剪空间坐标。我们把最终的变换矩阵和原始顶点坐标传递给 GPU，GPU 的渲染管线对它们执行流水线作业。

GPU 渲染管线的主要处理过程如下：

• 首先进入顶点着色器阶段，利用 GPU 的并行计算优势对顶点逐个进行坐标变换。
• 然后进入图元装配阶段，将顶点按照图元类型组装成图形。
• 接下来来到光栅化阶段，光栅化阶段将图形用不包含颜色信息的像素填充。
• 在之后进入片元着色器阶段，该阶段为像素着色，并最终显示在屏幕上。

WebGL 程序设计知识点

• HTMl

  因为 WebGL 应用是网页程序，所以我们仍然需要掌握HTML，至少要知道怎么使用 canvas。

• JavaScript

  我们需要使用 JavaScript 声明 WebGL 运行的载体 canvas，设置 canvas 的初始大小，获取 WebGL 的上下文，对模型顶点的坐标、颜色、法向量等信息进行处理，并将这些处理好的数据传递给 GPU 。对于复杂的 WebGL 应用，顶点、纹理、光照等数据甚至需要从外部模型文件中获取，所以我们还需要用 JavaScript 解析加载模型数据。

• GLSL（着色器语言）

  不同于普通网页的开发，除了 JavaScript 语言需要熟练掌握之外，开发者还需要熟练使用 GLSL 语言。因为一个完整的 3D 应用离不开 JavaScript 程序和 GLSL 程序，二者缺一不可。我们需要用 GLSL 编写着色器程序，并配合 JavaScript 共同实现 3D 效果。

• 3D数学知识

  除了掌握必要的编程语言，还需要掌握一定的 3D 数学知识，特别是向量和矩阵之间的表示和运算。在 WebGL 中顶点位置的坐标系变换、光照效果等都需要有 3D 数学的功底才能真正灵活运用。

什么是 GLSL？

GLSL 的中文意思是 OpenGL 着色语言，英文全称是 OpenGL Shading Language，它是用来在 OpenGL 编写着色器程序的语言。

• 着色器程序

  我们知道了 GLSL 是用来编写着色器程序的语言，那么新的问题来了，着色器程序是用来做什么的呢？ 简单地说，着色器程序是在显卡（GPU）上运行的简短程序，代替了 GPU 固定渲染管线的一部分，使 GPU 渲染过程中的某些部分允许开发者通过编程进行控制。

上面这段解释有些长，用一句话来说：着色器程序允许我们通过编程来控制 GPU 的渲染。