下面是本文例子的运行截图,可以前往我的博客查看代码演示。
纹理通常来说就是一张图片,我们为每一个顶点指定纹理坐标,然后就可以在Shader中获取相应的纹理像素点颜色了。
纹理坐标
首先解释一下什么是纹理坐标。WebGL中把一张图的左上角定为0,0点,长宽都定义为1,剩余四个点的坐标就会如下图所示。这样就构成了纹理坐标系统。
一般使用uv
来表示纹理坐标,uv
是一个二维向量(u,v)
,u和v的取值从0到1。我在代码中为每个顶点数据增加了2个float
来表示uv
的值。下面是新的顶点数据代码。
function makeBuffer() {
var triangle = [
// Z轴上的平面
-0.5, 0.5, 0.5, 0, 0, 1, 0, 0,
-0.5, -0.5, 0.5, 0, 0, 1, 0, 1,
0.5, -0.5, 0.5, 0, 0, 1, 1, 1,
0.5, -0.5, 0.5, 0, 0, 1, 1, 1,
0.5, 0.5, 0.5, 0, 0, 1, 1, 0,
-0.5, 0.5, 0.5, 0, 0, 1, 0, 0,
-0.5, 0.5, -0.5, 0, 0, -1, 0, 0,
-0.5, -0.5, -0.5, 0, 0, -1, 0, 1,
0.5, -0.5, -0.5, 0, 0, -1, 1, 1,
0.5, -0.5, -0.5, 0, 0, -1, 1, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 0, 0, -1, 1, 0,
-0.5, 0.5, -0.5, 0, 0, -1, 0, 0,
// X轴上的平面
0.5, -0.5, 0.5, 1, 0, 0, 0, 0,
0.5, -0.5, -0.5, 1, 0, 0, 0, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 1, 0, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 1, 0, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, 0.5, 1, 0, 0, 1, 0,
0.5, -0.5, 0.5, 1, 0, 0, 0, 0,
-0.5, -0.5, 0.5, -1, 0, 0, 0, 0,
-0.5, -0.5, -0.5, -1, 0, 0, 0, 1,
-0.5, 0.5, -0.5, -1, 0, 0, 1, 1,
-0.5, 0.5, -0.5, -1, 0, 0, 1, 1,
-0.5, 0.5, 0.5, -1, 0, 0, 1, 0,
-0.5, -0.5, 0.5, -1, 0, 0, 0, 0,
// Y轴上的平面
-0.5, 0.5, 0.5, 0, 1, 0, 0, 0,
-0.5, 0.5, -0.5, 0, 1, 0, 0, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 0, 1, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 0, 1, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, 0.5, 0, 1, 0, 1, 0,
-0.5, 0.5, 0.5, 0, 1, 0, 0, 0,
-0.5, -0.5, 0.5, 0, -1, 0, 0, 0,
-0.5, -0.5, -0.5, 0, -1, 0, 0, 1,
0.5, -0.5, -0.5, 0, -1, 0, 1, 1,
0.5, -0.5, -0.5, 0, -1, 0, 1, 1,
0.5, -0.5, 0.5, 0, -1, 0, 1, 0,
-0.5, -0.5, 0.5, 0, -1, 0, 0, 0,
];
buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(triangle), gl.STATIC_DRAW);
return buffer;
}
我们分析一下X轴0.5处的平面的顶点数据。
0.5, -0.5, 0.5, 1, 0, 0, 0, 0,
0.5, -0.5, -0.5, 1, 0, 0, 0, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 1, 0, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, -0.5, 1, 0, 0, 1, 1,
0.5, 0.5, 0.5, 1, 0, 0, 1, 0,
0.5, -0.5, 0.5, 1, 0, 0, 0, 0,
第一个三角形uv和顶点对应关系如下。
0.5, -0.5, 0.5
点对应的uv
是0, 0
,
0.5, -0.5, -0.5
点对应的uv
是0, 1
,
0.5, 0.5, -0.5
点对应的uv
是1, 1
。
第二个三角形uv和顶点对应关系如下。
0.5, 0.5, -0.5
点对应的uv
是1, 1
,
0.5, 0.5, 0.5
点对应的uv
是1, 0
,
0.5, -0.5, 0.5
点对应的uv
是0, 0
。
这两个三角形的uv
分别对应纹理的两个三角部分,合在一起刚好是完整的纹理。
在3D建模中,这种顶点和
uv
的映射关系是要通过建模工具去完成的,只有为每个顶点配置了合适的uv
,才能让贴图按照你想要的方式显示出来。
然后增加绑定uv属性的代码。
uvLoc = gl.getAttribLocation(program, 'uv');
gl.enableVertexAttribArray(uvLoc);
gl.vertexAttribPointer(uvLoc, 2, gl.FLOAT, false, 4 * 8, 4 * 6);
将顶点数据最后两个float
绑定到Shader的uv属性上。
生成纹理
我们有了坐标,那么纹理数据怎么获取呢?下面是获取代码。
function makeTexture() {
woodTexture = gl.createTexture();
woodTexture.isReady = false;
woodImage = new Image();
woodImage.crossOrigin = "";
woodImage.onload = function () {
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, woodTexture);
gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA,gl.UNSIGNED_BYTE, woodImage);
gl.texParameterf(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.LINEAR);
gl.texParameterf(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, null);
woodTexture.isReady = true;
}
woodImage.src = "http://www.gltech.win/public/webgl-experiment/wood.png";
}
gl.texImage2D
用来把图片数据传递为WebGL系统。gl.texParameterf
用来设置图片的相关参数。gl.TEXTURE_MAG_FILTER
和gl.TEXTURE_MIN_FILTER
分别代表图片放大或者缩小时的采样。gl.LINEAR
代表采样的方式,还可以使用gl.NEAREST
进行采样,gl.NEAREST
方式直接采样坐标点最近的像素,速度比较快,gl.LINEAR
会采样多个颜色算加权平均,效果会更好。可以根据实际情况选择。
如果图片和你的网页不在一个域下,需要设置跨域
woodImage.crossOrigin = "";
。
绑定和使用纹理
有了纹理,接下来就要把它传递给Shader,前面我们已经把每个顶点的纹理坐标传递给了Vertex Shader。在Vertex Shader中新增了属性attribute vec2 uv;
,以及varying vec2 fragUV;
。Vertex Shader做的事情就是把uv
直接传递给Fragment Shader,让它去处理。
attribute vec4 position;
attribute vec3 normal;
attribute vec2 uv;
varying vec3 fragNormal;
varying vec2 fragUV;
uniform float elapsedTime;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 cameraMatrix;
uniform mat4 modelMatrix;
void main() {
fragNormal = normal;
fragUV = uv;
gl_Position = projectionMatrix * cameraMatrix * modelMatrix * position;
}
Fragment Shader中增加了uniform sampler2D diffuseMap;
,sampler2D
是纹理的参数类型。然后将diffuseMap
在纹理坐标fragUV
上的像素颜色作为基本色vec4 materialColor = texture2D(diffuseMap, fragUV);
。texture2D
函数用来采样纹理在某个uv
坐标下的颜色,返回值类型是vec4
。
precision highp float;
varying vec3 fragNormal;
varying vec2 fragUV;
uniform float elapsedTime;
uniform vec3 lightDirection;
uniform mat4 normalMatrix;
uniform sampler2D diffuseMap;
void main(void) {
vec3 normalizedLightDirection = normalize(-lightDirection);
vec3 transformedNormal = normalize((normalMatrix * vec4(fragNormal, 1.0)).xyz);
float diffuseStrength = dot(normalizedLightDirection, transformedNormal);
diffuseStrength = clamp(diffuseStrength, 0.0, 1.0);
vec3 diffuse = vec3(diffuseStrength);
vec3 ambient = vec3(0.3);
vec4 finalLightStrength = vec4(ambient + diffuse, 1.0);
vec4 materialColor = texture2D(diffuseMap, fragUV);
gl_FragColor = finalLightStrength * materialColor;
}
回到JS代码。将我们生成的纹理绑定到uniform
diffuseMap
上。
if (woodTexture.isReady) {
var diffuseLoc = gl.getUniformLocation(program, "diffuseMap");
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, woodTexture);
gl.uniform1i(diffuseLoc, 0);
}
绑定纹理的流程是:
- 激活纹理的某个通道
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
。通道0是默认激活的,所以本例中这一句也可以不写。 - 绑定生成的纹理到
gl.TEXTURE_2D
,gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, woodTexture);
,注意这里是绑定到gl.TEXTURE_2D
而不是gl.TEXTURE0
。 - 将0传递给
uniform
diffuseMap
,如果激活的是gl.TEXTURE1
就传递1,以此类推。
到此,纹理的基本使用方法就介绍完了。
注意,作为纹理的图片的尺寸最好是2的n次方,比如1024,512。一方面提高性能,另一方面不是所有的3D图形处理系统都支持非2的n次方尺寸的纹理。