WebGL笔记：使用鼠标绘制多个线条应用及绘制动感线性星座及修复Mac系统下的渲染缺陷问题

使用鼠标绘制多个线条

• 多个线条，肯定不是一笔画过的，而是多次画的线条
• 既然是多线，那就需要有个容器来管理它们

1 ）建立容器对象

建立一个 lineBox 对象，作为承载多边形的容器

// lineBox.js
export default class lineBox {
  constructor(gl) {
    this.gl = gl
    this.children = []
  }
  add(obj) {
    obj.gl = this.gl
    this.children.push(obj)
  }
  updateVertices(params) {
    this.children.forEach(ele => {
      ele.updateVertices(params)
    })
  }
  draw() {
    this.children.forEach(ele => {
      ele.init()
      ele.draw()
    })
  }
}

• 属性

  • gl webgl上下文对象
  • children 子级

• 方法

  • add() 添加子对象
  • updateVertices() 更新子对象的顶点数据
  • draw() 遍历子对象绘图，每个子对象对应一个buffer 对象，所以在子对象绘图之前要先初始化

2 ）场景应用

场景：鼠标点击画布，绘制多边形路径，鼠标右击，取消绘制，鼠标再次点击，绘制新的多边形

import LineBox from './lineBox'
import Poly from './poly'

// 容器
const lb = new LineBox(gl)
// 当前正在绘制的多边形
let poly = null

// 取消右击提示
canvas.oncontextmenu = function() {
    return false
}

// 鼠标点击事件
canvas.addEventListener("mousedown", (event) => {
    if(event.button === 2) {
        popVertice()
    } else {
        const { x, y } = getMousePosInWebgl(event, canvas)
        poly ? poly.addVertice(x,y) : crtPoly(x,y)
    }
    render()
})

// 鼠标移动
canvas.addEventListener("mousemove", (event) => {
    if (poly) {
        const { x, y } = getMousePosInWebgl(event, canvas)
        poly.setVertice(poly.count - 1, x, y)
        render()
    }
})

// 删除最后一个顶点
function popVertice() {
    poly.popVertice()
    poly = null
}

// 创建多边形
function crtPoly(x,y) {
    poly = new Poly({
        vertices:[x,y,x,y],
        types:['POINTS','LINE_STRIP']
    })
    lb.add(poly)
}

// 渲染方法
function render() {
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT)
    lb.draw()
}

3 ）场景应用

• 画一个星座
  • 鼠标第1次点击画布时
  • 创建多边形
  • 绘制2个点
  • 鼠标移动时
  • 当前多边形最后一个顶点随鼠标移动
  • 鼠标接下来点击画布时
  • 新建一个点
  • 鼠标右击时
  • 删除最后一个随鼠标移动的点
• 顶点要有闪烁动画
• 建立顶点的时候，如果鼠标点击了其它顶点，就不要再显示新的顶点

3.1 ）建立顶点着色器

<script id="vertexShader" type="x-shader/x-vertex">
      attribute vec4 a_Attr;
      varying float v_Alpha;
      void main() {
          gl_Position = vec4(a_Attr.x, a_Attr.y, 0.0, 1.0);
          gl_PointSize = a_Attr.z;
          v_Alpha = a_Attr.w;
      }
</script>

• a_Attr() 是一个4维向量，其参数结构为(x, y, z, w)
  • x,y代表位置
  • z代表顶点尺寸
  • w代表顶点透明度，w会通过 varying 变量 v_Alpha 传递给片元

3.2 ）建立片元着色器

<script id="fragmentShader" type="x-shader/x-fragment">
      precision mediump float;
      varying float v_Alpha;
      void main() {
          float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5,0.5));
          if(dist < 0.5) {
            gl_FragColor = vec4(0.87, 0.91, 1.0, v_Alpha);
          } else {
            discard;
          }
      }
</script>

• 通过v_Alpha接收透明度，然后设置片元的颜色

3.3 ）建立夜空对象，用于承载多边形

const lb = new lineBox(gl)

3.4 ）建立合成对象，用于对顶点数据做补间运算

const compose = new Compose();

3.5 ）声明两个变量，用于表示当前正在绘制的多边形和鼠标划上的点

// 当前正在绘制的多边形
let poly = null
// 鼠标划上的点
let point = null

3.6 ）取消右击提示

// 取消右击提示
canvas.oncontextmenu = function() {
　　return false;
}

3.7 ）鼠标按下事件

// 鼠标按下事件
canvas.addEventListener("mousedown", (event) => {
  if(event.button === 2) {
    // 右击删除顶点
    poly && popVertice()
  } else {
    const {x,y} = getMousePosInWebgl(event, canvas)
    if(poly) {
      // 连续添加顶点
      addVertice(x,y)
    } else {
      // 建立多边形
      crtPoly(x, y)
    }
  }
});

• getMousePosInWebgl() 方法是用于获取鼠标在webgl 画布中的位置，我们之前说过。

• crtPoly() 创建多边形

  function crtPoly(x, y) {
    let o1 = point ? point : { x, y, pointSize: random(), alpha: 1 }
    const o2 = { x, y, pointSize: random(), alpha: 1 }
    poly = new Poly({
      size: 4,
      attrName: 'a_Attr',
      geoData: [o1,o2],
      types: ['POINTS','LINE_STRIP']
    })
    lb.add(poly)
    crtTrack(o1)
    crtTrack(o2)
  }
  

• 建立两个顶点数据o1,o2，如果鼠标点击了其它顶点，o1的数据就是此顶点的数据

• 顶点的尺寸是一个随机数random()

  function random() {
    return Math.random() * 8.0 + 3.0
  }
  

• 基于两个顶点数据，建立多边形对象和两个时间轨对象

• crtTrack() 建立时间轨

  function crtTrack(obj) {
    const { pointSize } = obj
    const track = new Track(obj)
    track.start = new Date()
    track.timeLen = 2000
    track.loop = true
    track.keyMap = new Map([
      [
        "pointSize",
        [
          [500, pointSize],
          [1000, 0],
          [1500, pointSize],
        ],
      ],
      [
        "alpha",
        [
          [500, 1],
          [1000, 0],
          [1500, 1],
        ],
      ],
    ]);
    compose.add(track)
  }
  

• addVertice() 添加顶点

  function addVertice(x, y) {
    const { geoData } = poly
    if(point) {
      geoData[geoData.length-1] = point
    }
    let obj = { x, y, pointSize:random(), alpha: 1 }
    geoData.push(obj)
    crtTrack(obj)
  }
  

• 如果鼠标点击了其它顶点，就让多边形的最后一个顶点数据为此顶点

• 建立下一个顶点的顶点数据，添加新的顶点，建立新的时间轨

• popVertice() 删除最后一个顶点

  function popVertice() {
    poly.geoData.pop()
    compose.children.pop()
    poly = null
  }
  

3.8 ）鼠标移动事件

canvas.addEventListener("mousemove", (event) => {
  const { x, y } = getMousePosInWebgl(event, canvas)
  point = hoverPoint(x, y)
  if(point) {
    canvas.style.cursor = 'pointer'
  } else {
    canvas.style.cursor = 'default'
  }
  if(poly) {
    const obj = poly.geoData[poly.geoData.length-1]
    obj.x = x
    obj.y = y
  }
});

• 基于鼠标是否划上顶点，设置鼠标的视觉状态

• 设置正在绘制的多边形的最后一个顶点点位

• hoverPoint() 检测所有顶点的鼠标划入，返回顶点数据

  function hoverPoint(mx, my) {
    for(let { geoData } of lb.children) {
      for(let obj of geoData) {
        if(poly && obj === poly.geoData[poly.geoData.length-1]) {
          continue
        }
        const delta = {
          x: mx - obj.x,
          y: my - obj.y
        }
        const { x,y } = glToCssPos(delta, canvas)
        const dist = x * x + y * y;
        if(dist < 100) {
          return obj
        }
      }
    }
    return null
  }
  

• 遍历 lb 中的所有顶点数据，忽略绘图时随鼠标移动的点，获取鼠标和顶点的像素距离，若此距离小于10像素，返回此点；否则，返回null

• glToCssPos() webgl坐标系转css坐标系，将之前说过的getMousePosInWebgl() 方法逆向思维即可

  function glToCssPos({x,y},{width,height}){
    const [halfWidth, halfHeight] = [width / 2, height / 2]
    return {
      x:x*halfWidth,
      y:-y*halfHeight
    }
  }
  

2.9 ）连续渲染方法

!(function animate() {
  compose.update(new Date())
  lb.updateVertices(['x', 'y', 'pointSize', 'alpha'])
  render()
  requestAnimationFrame(animate)
})();

• 更新动画数据
• 更新Vertices 数据
• render() 渲染

  function render(){
    gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT)
    lb.draw()
  }
  

mac系统下绘制线条兼容性问题解决

• 这里着重说一下，在mac系统下，在用鼠标绘制线条的时候，就是线条的效果是断开的，如下图

• 这个效果是由片源着色器导致的，这个片元着色器还是以前用于绘制原点的片元着色器

  precision mediump float;    
  void main(){ 
      float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5,0.5));
      if(dist<0.5){
          gl_FragColor = vec4(1,1,0,1);
      } else {
          discard;
      }
  }
  

• 这个着色器在mac系统会把一部分线条中的片元给过滤掉，也就是走了后面的discard方法放弃了一部分片元的绘制

• 而这个问题在window电脑里就没有

解决

• 需要告诉着色器当前的绘图方式, 如果我是用 POINTS 方法去绘图的话，那么就过滤一下圆圈以外的片元，也就是说只画圆圈以内的，就像现在这个逻辑一样
• 那如果我的绘图方式不是points，而是线或者面之类的那我就直接正常绘图就可以了

接下来咱们看一下代码实现

• 1）先给片元着色器添加一个uniform 变量

  precision mediump float;
  uniform bool u_IsPOINTS;
  void main() {
      if(u_IsPOINTS) { 
          float dist = distance(gl_PointCoord,vec2(0.5,0.5));
          if(dist < 0.5) {
              gl_FragColor = vec4(1,1,0,1);
          } else {
              discard;
          }
      } else {
          gl_FragColor = vec4(1,1,0,1);
      }
  }
  

• 2）给 Poly 对象添加两个属性

    const defAttr = () => ({
      circleDot: false,
      u_IsPOINTS: null,
      ...
    })
  

  • circleDot 是否是圆点
  • u_IsPOINTS uniform变量

• 3）在初始化方法中，如果是圆点，就获取一下uniform 变量

  init() {
      ...
      if (circleDot) {
        this.u_IsPOINTS = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_IsPOINTS");
      }
  }
  

• 4 ）在渲染的时候，如果是圆点，就基于绘图方式修改 uniform 变量

  draw(types = this.types) {
      const {gl,count,u_IsPOINTS,circleDot} = this;
      for (let type of types) {
          circleDot && gl.uniform1f(u_IsPOINTS, type==='POINTS');
          gl.drawArrays(gl[type],0,count);
      }
  }