WebGL簡易教程(十一):紋理
目錄
- 1. 概述
- 2. 例項
- 2.1. 準備紋理
- 2.2. 配置紋理
- 2.3. 使用紋理
- 3. 結果
- 4. 參考
1. 概述
在之前的之前的教程《WebGL簡易教程(九):綜合例項:地形的繪製》中,繪製了一個帶顏色的地形場景。地形的顏色是根據高程賦予的RGB值,通過不同的顏色來表示地形的起伏,這是表達地形渲染的一種方式。除此之外,還可以將拍攝得到的數字影像,貼到地形上面,得到更逼真的地形效果。這就要用到我們這一章的新知識——紋理了。
這裡用到的紋理影象,是一張從GoogleEarth上下載的衛星影像DOM.tif,其範圍正好覆蓋地形資料。為了方便使用,特意將其轉換為JPG格式的影像:tex.jpg。並放到與HTML和JS同目錄下。用影象檢視軟體開啟影象的顯示效果為:
注意,在大部分瀏覽器(如chrome)中,基於安全策略是不允許訪問本地檔案的。WebGL的紋理需要用到本地的影象,所以需要將瀏覽器設定成支援跨域訪問或者建立伺服器在域內使用。
2. 例項
基於《WebGL簡易教程(九):綜合例項:地形的繪製》中的JS程式碼進行改進:
// 頂點著色器程式 var VSHADER_SOURCE = 'attribute vec4 a_Position;\n' + //位置 'attribute vec4 a_Color;\n' + //顏色 'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' + 'varying vec4 v_Color;\n' + 'varying vec4 v_position;\n' + 'void main() {\n' + ' v_position = a_Position;\n' + ' gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // 設定頂點座標 ' v_Color = a_Color;\n' + '}\n'; // 片元著色器程式 var FSHADER_SOURCE = 'precision mediump float;\n' + 'uniform vec2 u_RangeX;\n' + //X方向範圍 'uniform vec2 u_RangeY;\n' + //Y方向範圍 'uniform sampler2D u_Sampler;\n' + 'varying vec4 v_Color;\n' + 'varying vec4 v_position;\n' + 'void main() {\n' + ' vec2 v_TexCoord = vec2((v_position.x-u_RangeX[0]) / (u_RangeX[1]-u_RangeX[0]), 1.0-(v_position.y-u_RangeY[0]) / (u_RangeY[1]-u_RangeY[0]));\n' + ' gl_FragColor = texture2D(u_Sampler, v_TexCoord);\n' + '}\n'; //定義一個矩形體:混合建構函式原型模式 function Cuboid(minX, maxX, minY, maxY, minZ, maxZ) { this.minX = minX; this.maxX = maxX; this.minY = minY; this.maxY = maxY; this.minZ = minZ; this.maxZ = maxZ; } Cuboid.prototype = { constructor: Cuboid, CenterX: function () { return (this.minX + this.maxX) / 2.0; }, CenterY: function () { return (this.minY + this.maxY) / 2.0; }, CenterZ: function () { return (this.minZ + this.maxZ) / 2.0; }, LengthX: function () { return (this.maxX - this.minX); }, LengthY: function () { return (this.maxY - this.minY); } } //定義DEM function Terrain() { } Terrain.prototype = { constructor: Terrain, setWH: function (col, row) { this.col = col; this.row = row; } } var currentAngle = [0.0, 0.0]; // 繞X軸Y軸的旋轉角度 ([x-axis, y-axis]) var curScale = 1.0; //當前的縮放比例 var initTexSuccess = false; //紋理影象是否載入完成 function main() { var demFile = document.getElementById('demFile'); if (!demFile) { console.log("Failed to get demFile element!"); return; } //載入檔案後的事件 demFile.addEventListener("change", function (event) { //判斷瀏覽器是否支援FileReader介面 if (typeof FileReader == 'undefined') { console.log("你的瀏覽器不支援FileReader介面!"); return; } //讀取檔案後的事件 var reader = new FileReader(); reader.onload = function () { if (reader.result) { var terrain = new Terrain(); if (!readDEMFile(reader.result, terrain)) { console.log("檔案格式有誤,不能讀取該檔案!"); } //繪製函式 onDraw(gl, canvas, terrain); } } var input = event.target; reader.readAsText(input.files[0]); }); // 獲取 <canvas> 元素 var canvas = document.getElementById('webgl'); // 獲取WebGL渲染上下文 var gl = getWebGLContext(canvas); if (!gl) { console.log('Failed to get the rendering context for WebGL'); return; } // 初始化著色器 if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) { console.log('Failed to intialize shaders.'); return; } // 指定清空<canvas>的顏色 gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 開啟深度測試 gl.enable(gl.DEPTH_TEST); //清空顏色和深度緩衝區 gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); } //繪製函式 function onDraw(gl, canvas, terrain) { // 設定頂點位置 //var cuboid = new Cuboid(399589.072, 400469.072, 3995118.062, 3997558.062, 732, 1268); var n = initVertexBuffers(gl, terrain); if (n < 0) { console.log('Failed to set the positions of the vertices'); return; } //設定紋理 if (!initTextures(gl, terrain)) { console.log('Failed to intialize the texture.'); return; } //註冊滑鼠事件 initEventHandlers(canvas); //繪製函式 var tick = function () { if (initTexSuccess) { //設定MVP矩陣 setMVPMatrix(gl, canvas, terrain.cuboid); //清空顏色和深度緩衝區 gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); //繪製矩形體 gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_SHORT, 0); //gl.drawArrays(gl.Points, 0, n); } //請求瀏覽器呼叫tick requestAnimationFrame(tick); }; //開始繪製 tick(); } function initTextures(gl, terrain) { // 傳遞X方向和Y方向上的範圍到著色器 var u_RangeX = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_RangeX'); var u_RangeY = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_RangeY'); if (!u_RangeX || !u_RangeY) { console.log('Failed to get the storage location of u_RangeX or u_RangeY'); return; } gl.uniform2f(u_RangeX, terrain.cuboid.minX, terrain.cuboid.maxX); gl.uniform2f(u_RangeY, terrain.cuboid.minY, terrain.cuboid.maxY); //建立一個image物件 var image = new Image(); if (!image) { console.log('Failed to create the image object'); return false; } //影象載入的響應函式 image.onload = function () { if (loadTexture(gl, image)) { initTexSuccess = true; } }; //瀏覽器開始載入影象 image.src = 'tex.jpg'; return true; } function loadTexture(gl, image) { // 建立紋理物件 var texture = gl.createTexture(); if (!texture) { console.log('Failed to create the texture object'); return false; } // 開啟0號紋理單元 gl.activeTexture(gl.TEXTURE0); // 繫結紋理物件 gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture); // 設定紋理引數 gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.LINEAR); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE); // 配置紋理影象 gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGB, gl.RGB, gl.UNSIGNED_BYTE, image); // 將0號單元紋理傳遞給著色器中的取樣器變數 var u_Sampler = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_Sampler'); if (!u_Sampler) { console.log('Failed to get the storage location of u_Sampler'); return false; } gl.uniform1i(u_Sampler, 0); return true; } //讀取DEM函式 function readDEMFile(result, terrain) { var stringlines = result.split("\n"); if (!stringlines || stringlines.length <= 0) { return false; } //讀取頭資訊 var subline = stringlines[0].split("\t"); if (subline.length != 6) { return false; } var col = parseInt(subline[4]); //DEM寬 var row = parseInt(subline[5]); //DEM高 var verticeNum = col * row; if (verticeNum + 1 > stringlines.length) { return false; } terrain.setWH(col, row); //讀取點資訊 var ci = 0; terrain.verticesColors = new Float32Array(verticeNum * 6); for (var i = 1; i < stringlines.length; i++) { if (!stringlines[i]) { continue; } var subline = stringlines[i].split(','); if (subline.length != 9) { continue; } for (var j = 0; j < 6; j++) { terrain.verticesColors[ci] = parseFloat(subline[j]); ci++; } } if (ci !== verticeNum * 6) { return false; } //包圍盒 var minX = terrain.verticesColors[0]; var maxX = terrain.verticesColors[0]; var minY = terrain.verticesColors[1]; var maxY = terrain.verticesColors[1]; var minZ = terrain.verticesColors[2]; var maxZ = terrain.verticesColors[2]; for (var i = 0; i < verticeNum; i++) { minX = Math.min(minX, terrain.verticesColors[i * 6]); maxX = Math.max(maxX, terrain.verticesColors[i * 6]); minY = Math.min(minY, terrain.verticesColors[i * 6 + 1]); maxY = Math.max(maxY, terrain.verticesColors[i * 6 + 1]); minZ = Math.min(minZ, terrain.verticesColors[i * 6 + 2]); maxZ = Math.max(maxZ, terrain.verticesColors[i * 6 + 2]); } terrain.cuboid = new Cuboid(minX, maxX, minY, maxY, minZ, maxZ); return true; } //註冊滑鼠事件 function initEventHandlers(canvas) { var dragging = false; // Dragging or not var lastX = -1, lastY = -1; // Last position of the mouse //滑鼠按下 canvas.onmousedown = function (ev) { var x = ev.clientX; var y = ev.clientY; // Start dragging if a moue is in <canvas> var rect = ev.target.getBoundingClientRect(); if (rect.left <= x && x < rect.right && rect.top <= y && y < rect.bottom) { lastX = x; lastY = y; dragging = true; } }; //滑鼠離開時 canvas.onmouseleave = function (ev) { dragging = false; }; //滑鼠釋放 canvas.onmouseup = function (ev) { dragging = false; }; //滑鼠移動 canvas.onmousemove = function (ev) { var x = ev.clientX; var y = ev.clientY; if (dragging) { var factor = 100 / canvas.height; // The rotation ratio var dx = factor * (x - lastX); var dy = factor * (y - lastY); currentAngle[0] = currentAngle[0] + dy; currentAngle[1] = currentAngle[1] + dx; } lastX = x, lastY = y; }; //滑鼠縮放 canvas.onmousewheel = function (event) { if (event.wheelDelta > 0) { curScale = curScale * 1.1; } else { curScale = curScale * 0.9; } }; } //設定MVP矩陣 function setMVPMatrix(gl, canvas, cuboid) { // Get the storage location of u_MvpMatrix var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix'); if (!u_MvpMatrix) { console.log('Failed to get the storage location of u_MvpMatrix'); return; } //模型矩陣 var modelMatrix = new Matrix4(); modelMatrix.scale(curScale, curScale, curScale); modelMatrix.rotate(currentAngle[0], 1.0, 0.0, 0.0); // Rotation around x-axis modelMatrix.rotate(currentAngle[1], 0.0, 1.0, 0.0); // Rotation around y-axis modelMatrix.translate(-cuboid.CenterX(), -cuboid.CenterY(), -cuboid.CenterZ()); //投影矩陣 var fovy = 60; var near = 1; var projMatrix = new Matrix4(); projMatrix.setPerspective(fovy, canvas.width / canvas.height, 1, 10000); //計算lookAt()函式初始視點的高度 var angle = fovy / 2 * Math.PI / 180.0; var eyeHight = (cuboid.LengthY() * 1.2) / 2.0 / angle; //檢視矩陣 var viewMatrix = new Matrix4(); // View matrix viewMatrix.lookAt(0, 0, eyeHight, 0, 0, 0, 0, 1, 0); //MVP矩陣 var mvpMatrix = new Matrix4(); mvpMatrix.set(projMatrix).multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix); //將MVP矩陣傳輸到著色器的uniform變數u_MvpMatrix gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements); } // function initVertexBuffers(gl, terrain) { //DEM的一個網格是由兩個三角形組成的 // 0------1 1 // | | // | | // col col------col+1 var col = terrain.col; var row = terrain.row; var indices = new Uint16Array((row - 1) * (col - 1) * 6); var ci = 0; for (var yi = 0; yi < row - 1; yi++) { //for (var yi = 0; yi < 10; yi++) { for (var xi = 0; xi < col - 1; xi++) { indices[ci * 6] = yi * col + xi; indices[ci * 6 + 1] = (yi + 1) * col + xi; indices[ci * 6 + 2] = yi * col + xi + 1; indices[ci * 6 + 3] = (yi + 1) * col + xi; indices[ci * 6 + 4] = (yi + 1) * col + xi + 1; indices[ci * 6 + 5] = yi * col + xi + 1; ci++; } } // var verticesColors = terrain.verticesColors; var FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT; //陣列中每個元素的位元組數 // 建立緩衝區物件 var vertexColorBuffer = gl.createBuffer(); var indexBuffer = gl.createBuffer(); if (!vertexColorBuffer || !indexBuffer) { console.log('Failed to create the buffer object'); return -1; } // 將緩衝區物件繫結到目標 gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexColorBuffer); // 向緩衝區物件寫入資料 gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesColors, gl.STATIC_DRAW); //獲取著色器中attribute變數a_Position的地址 var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position'); if (a_Position < 0) { console.log('Failed to get the storage location of a_Position'); return -1; } // 將緩衝區物件分配給a_Position變數 gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, 0); // 連線a_Position變數與分配給它的緩衝區物件 gl.enableVertexAttribArray(a_Position); //獲取著色器中attribute變數a_Color的地址 var 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; } // 將緩衝區物件分配給a_Color變數 gl.vertexAttribPointer(a_Color, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 6, FSIZE * 3); // 連線a_Color變數與分配給它的緩衝區物件 gl.enableVertexAttribArray(a_Color); // 將頂點索引寫入到緩衝區物件 gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer); gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW); return indices.length; }
主要作了以下三點的改動以使用紋理。
2.1. 準備紋理
在WebGL中,由於JS的非同步特性,需要在JS載入圖片完成之後,再把圖片當做紋理傳入著色器進行繪製,所以首先這裡定義了一個boolean全域性變數initTexSuccess來標識紋理影象是否載入完成。在繪製函式onDraw()中,增加了一個設定紋理函式initTextures()。最後,在重繪重新整理函式tick()中檢測initTexSuccess變數,如果完成,就進行繪製。
var initTexSuccess = false; //紋理影象是否載入完成 //... //繪製函式 function onDraw(gl, canvas, terrain) { //... //設定紋理 if (!initTextures(gl)) { console.log('Failed to intialize the texture.'); return; } //... //繪製函式 var tick = function () { if (initTexSuccess) { //... } //請求瀏覽器呼叫tick requestAnimationFrame(tick); }; //開始繪製 tick(); }
在初始化紋理函式initTextures()中,首先給著色器傳入了X方向和Y方向上的實際座標(區域性座標系座標)範圍,這個範圍是用來計算紋理座標的。接著建立了一個Image物件,通過這個物件來載入影象。最後給影象載入編寫響應函式,一旦紋理配置函式loadTexture()成功,就設定initTexSuccess為true。
function initTextures(gl, terrain) {
// 傳遞X方向和Y方向上的範圍到著色器
var u_RangeX = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_RangeX');
var u_RangeY = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_RangeY');
if (!u_RangeX || !u_RangeY) {
console.log('Failed to get the storage location of u_RangeX or u_RangeY');
return;
}
gl.uniform2f(u_RangeX, terrain.cuboid.minX, terrain.cuboid.maxX);
gl.uniform2f(u_RangeY, terrain.cuboid.minY, terrain.cuboid.maxY);
//建立一個image物件
var image = new Image();
if (!image) {
console.log('Failed to create the image object');
return false;
}
//影象載入的響應函式
image.onload = function () {
if (loadTexture(gl, image)) {
initTexSuccess = true;
}
};
//瀏覽器開始載入影象
image.src = 'tex.jpg';
return true;
}
2.2. 配置紋理
在配置紋理函式loadTexture()中,首先建立了一個紋理物件,並將其繫結到0號紋理單元。WebGL至少支援8個紋理單元,內建的變數名形如gl.TEXTURE0、gl.TEXTURE1......gl.TEXTURE7。
function loadTexture(gl, image) {
// 建立紋理物件
var texture = gl.createTexture();
if (!texture) {
console.log('Failed to create the texture object');
return false;
}
// 開啟0號紋理單元
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
// 繫結紋理物件
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
//...
return true;
}
接著通過gl.texParameteri()函式配置紋理的引數,這個函式規定了紋理在縮放時的插值方法,以及紋理填充時採用何種方式鋪填。這裡表示紋理縮放時採用線性插值,填充範圍不夠時採用紋理影象邊緣值進行填充:
function loadTexture(gl, image) {
//...
// 設定紋理引數
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.LINEAR);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
//...
return true;
}
最後通過gl.texImage2D()函式將紋理物件分配給紋理物件。而該紋理物件已經與0號紋理單元繫結,因此直接將0號紋理單元作為Uniform變數傳遞給著色器:
function loadTexture(gl, image) {
//...
// 配置紋理影象
gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGB, gl.RGB, gl.UNSIGNED_BYTE, image);
// 將0號單元紋理傳遞給著色器中的取樣器變數
var u_Sampler = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_Sampler');
if (!u_Sampler) {
console.log('Failed to get the storage location of u_Sampler');
return false;
}
gl.uniform1i(u_Sampler, 0);
return true;
}
2.3. 使用紋理
在頂點著色器中,將頂點座標值a_Position賦值為varying變數v_position,這個變數是用來傳遞給片元著色器的。
// 頂點著色器程式
var VSHADER_SOURCE =
'attribute vec4 a_Position;\n' + //位置
'attribute vec4 a_Color;\n' + //顏色
'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
'varying vec4 v_Color;\n' +
'varying vec4 v_position;\n' +
'void main() {\n' +
' v_position = a_Position;\n' +
' gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' + // 設定頂點座標
' v_Color = a_Color;\n' +
'}\n';
經過內插,片元著色器接受到了每個片元對應的頂點座標v_position。由於這個值是根據實際的頂點座標(區域性座標系座標)內插的,所以這個值也是實際座標值。同時片元著色器也接收到了傳遞過來的紋理物件u_Sampler,可以通過texture2D()函式來獲取對應座標的畫素,將其作為片元最終值:
// 片元著色器程式
var FSHADER_SOURCE =
'precision mediump float;\n' +
'uniform vec2 u_RangeX;\n' + //X方向範圍
'uniform vec2 u_RangeY;\n' + //Y方向範圍
'uniform sampler2D u_Sampler;\n' +
'varying vec4 v_Color;\n' +
'varying vec4 v_position;\n' +
'void main() {\n' +
' vec2 v_TexCoord = vec2((v_position.x-u_RangeX[0]) / (u_RangeX[1]-u_RangeX[0]), 1.0-(v_position.y-u_RangeY[0]) / (u_RangeY[1]-u_RangeY[0]));\n' +
' gl_FragColor = texture2D(u_Sampler, v_TexCoord);\n' +
'}\n';
上述程式碼可以看到並沒有直接用v_position來進行插值。這是因為紋理座標範圍是在0~1之間,需要經過一個紋理對映的換算。如圖所示,這是一個簡單的線性變換的過程:
3. 結果
用瀏覽器執行,最終的顯示結果如下,可以清楚的看到山川河流等紋理:
再次說明下這個例項用到了本地圖片,需要讓瀏覽器設定跨域或者建立伺服器在域內使用。
4. 參考
本來部分程式碼和插圖來自《WebGL程式設計指南》,原始碼連結:地址 。會在此共享目錄中持續更新後續的內