【笔记】《WebGL编程指南》学习（9）

最新推荐文章于 2025-12-05 03:50:12 发布

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#算法 #图形渲染 #虚拟现实

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WebGL编程指南学习（9）

Ragnarok!

9. 高级技巧（续）

$α\alpha$ 混合

如何实现 $α\alpha$ 混合

两个步骤：

开启混合功能gl.enable(gl.BLEND)
指定混合函数gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA)

混合函数

gl.blendFund()在进行 $α\alpha$ 混合时，实际上用到了两个颜色，源颜色（source color）和目标颜色（destination color）。前者是“待被混合的颜色”，也就是原本的颜色；后者是“待被混合进去的颜色”。

gl.blendFunc(src_factor, dst_factor)
// 混合后颜色=源颜色*src_factor+目标颜色*dst_factor

这里的src_factor和dst_factor是有特指的，比如gl.ZERO,gl.ONE_MINUS_DST_COLOR等

半透明的三维物体

$α\alpha$ 混合发生在绘制片元的过程。当隐藏面消除功能开启时，被隐藏的片元不会被绘制，所以也就不会发生混合过程，更不会有半透明的效果。只要关闭隐藏面消除就可以达到半透明的效果
但是关闭隐藏面消除功能只是一个粗暴的解决方案。实际绘制三维场景时，场景中往往既有不透明的物体，也有半透明的物体，如果关闭隐藏面消除功能，那些不透明物体的前后关系就会乱套

同时实现隐藏面消除和半透明效果的机制

开启隐藏面消除
绘制所有不透明的物体
锁定用于进行隐藏面消除的深度缓冲区的写入操作，使之只读
绘制所有半透明的物体，注意它们应当按照深度排序，然后从后向前绘制
释放深度缓冲区，使之可读可写

gl.depthMask(mask)
// 锁定或释放深度缓冲区的写入操作，true/false

由于深度缓冲区被锁定了，绘制不透明物体后面的物体，即使是半透明的也不会显示；而深度在不透明物体前面的，会正常显示不透明的效果

切换着色器

对不同的物体，经常需要使用不同的着色器来绘制。每个着色器中可能有非常复杂的逻辑以实现各种不同的效果。我们可以准备多个着色器，然后根据需要来切换它们

渲染到纹理

使用WebGL渲染三维图形，然后将渲染结果作为纹理贴到另一个三维物体上去。

帧缓冲区对象和渲染缓冲区对象

默认情况下，WebGL在颜色缓冲区中进行绘图，在开启隐藏面消除功能室，还会用到深度缓冲区。总之，绘制的结果图像是存储在颜色缓冲区中的。

帧缓冲区对象（framebuffer object）可以代替颜色缓冲区或深度缓冲区。绘制在帧缓冲区中的对象并不会直接显示在canvas上。因此，我们就可以先对帧缓冲区中的内容进行一些处理再显示；或者直接用其中的内容作为纹理图像。

在帧缓冲区中进行绘制的过程又称为离屏绘制（offscreen drawing）

帧缓冲区提供了颜色缓冲区和深度缓冲区的替代品——所关联的对象（attachment）。一个帧缓冲区有3个关联对象：颜色关联对象（color attachment）、深度关联对象（depth attachment）和模板关联对象（stencil attachment），分别用来替代颜色缓冲区、深度缓冲区和模板缓冲区

经过一些设置，WebGL可以向帧缓冲区的关联对象写入数据
每个关联对象又可以是两种类型的：纹理对象或渲染缓冲区对象

如何实现渲染到纹理？

如果希望把WebGL渲染出的图像作为纹理使用，那么就需要：

将纹理对象作为颜色关联对象关联到帧缓冲区对象上；
在帧缓冲区中进行绘制

此时，颜色关联对象（即纹理对象）就替代了颜色缓冲区。由于此时仍然需要进行隐藏面消除，所以又创建一个渲染缓冲区对象来作为帧缓冲区的深度关联对象，以替代深度缓冲区

所以，最终帧缓冲区的配置是这样的——

颜色关联对象——纹理对象

深度关联对象——渲染缓冲区对象

注意这两个对象的绘图区域大小必须一致

例程：将一个旋转的立方体作为纹理贴在一个矩形上

算法步骤

创建帧缓冲区对象
创建纹理对象并设置其尺寸和参数
创建渲染缓冲区对象
绑定渲染缓冲区对象并设置其尺寸
将帧缓冲区的颜色关联对象指定为一个纹理对象
将帧缓冲区的深度关联对象指定为一个渲染缓冲区对象
检查帧缓冲区是否配置正确
在帧缓冲区进行绘制

前调

// 着色器
...
// 设置离屏绘制的尺寸
var OFFSCREEN_WIDTH = 256;
var OFFSCREEN_HEIGHT = 256;

function main() {
  // 一些上下文设置
  ...
  // 设置顶点信息
  var cube = initVertexBufferForCube(gl);
  var plane = initVertexBufferForPlane(gl);
  ...
  // 设置纹理
  var texture = initTextures(gl);
  ...
  // 初始化帧缓冲区（Framebuffer object，FBO）
  var fbo = initFramebufferObject(gl);
  ...
  var viewProjMatrix = new Matrix4(); // 为颜色缓冲区所准备
  viewProjMatrix.setPerspective(30, canvas.width/canvas.height, 1.0, 100.0);
  viewProjMatrix.lookAt(0.0, 0.0, 7.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
  
  var viewProjMatrixFBO = new Matrix4(); // 为帧缓冲区所准备
  viewProjMatrixFBO.setPerspective(30.0, OFFSCREEN_WIDTH/OFFSCREEN_HEIGHT, 1.0, 100.0);
  viewProjMatrixFBO.lookAt(0.0, 2.0, 7.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
  // 开始绘制
  var currentAngle = 0.0;
  var tick = function() {
    currentAngle = animate(currentAngle);
    draw(gl, canvas, fbo, plane, cube, currentAngle, texture, viewProjMatrix, viewProjMatrixFBO);
    window.requestAnimationFrame(tick, canvas);
  };
  tick();
}

function initVertexBuffersForCube(gl) {
  // 创建一个cube
}
  
function initVertexBuffersForPlane(gl) {
  // 创建一个face
}

function initArrayBufferForLaterUse(gl, data, num, type) {
  // 创建一个buffer object
}

function initElementArrayBufferForLaterUse(gl, data, type) {
  // 创建一个buffer object
}

创建帧缓冲区对象、创建纹理对象并设置其尺寸和参数、创建渲染缓冲区对象并设置其尺寸和参数、将纹理对象关联到帧缓冲区

function initFramebufferObject(gl) {
  var frameBuffer, texture, depthBuffer;
  ...
  // 创建一个FBO
  framebuffer = gl.createFramebuffer();
  ...
  // 创建一个纹理对象并设置其尺寸和参数
  texture = gl.createTexture();
  ...
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
  gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, OFFSCREEN_WIDTH, OFFSCREEN_HEIGHT, 0, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, null);
  gl.texOarameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
  framebuffer.texture = texture; // 保存纹理对象
  // 创建一个渲染缓冲区对象（renderbuffer object），并设置其尺寸和参数
  depthBuffer = gl.createRenderbuffer();
  ...
  gl.bindRenderbuffer(gl.RENDERBUFFER, depthBuffer);
  gl.renderbufferStorage(gl.RENDERBUFFER, gl.DEPTH_COMPONENT16, OFFSCREEN_WIDTH, OFFSCREEN_HEIGHT);
  // 把纹理和渲染缓冲区对象关联到FBO
  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, framebuffer);
  gl.framebuferTexture2D(gl.FRAMEBUFFER, gl.COLOR_ATTACHMENT0, gl.TEXTURE_2D, texture, 0);
  gl.framebufferRenderbuffer(gl.FRAMEBUFFER, gl.DEPTH_ATTACHMENT, gl.RENDERBUFFER, depthBuffer);
  // 检查FBO是否配置正确
  var e = gl.checkFramebufferStatus(gl.FRAMEBUFFER);
  ...
}

渲染缓冲区的设置
gl.renderbufferStorage(target, internalformat, width, height);
其中，internalformat指定渲染缓冲区中的数据格式，包括gl.DEPTH_COMPONENT16（表示渲染缓冲区将替代深度缓冲区）、gl.STENCIL_INDEX8(表示渲染缓冲区将替代模板缓冲区)、gl.RGBA4(表示渲染缓冲区将替代颜色缓冲区)，等

关联纹理对象到FBO
gl.framebufferTexture2D(target, attachment, textarget, texture, level);
// 参数：
// target：必须是gl.FRAMEBUFFER
// attachent: 
// 	gl.COLOR_ATTACHMENT0 颜色关联对象
//	gl.DEPTH_ATTACHMENT 深度关联对象
// textarget: 纹理类型gl.TEXTURE_2D|gl.TEXTURE_CUBE
// texture: 要关联的纹理对象
// level: 0, 使用mipmap纹理时指定纹理的层级
关联帧缓冲区对象到FBO
gl.framebufferRenderbuffer(target, attachment, renderbuffertarget, renderbuffer);
// 参数
// attachment:
//	gl.COLOR_ATTACHMENT0: 颜色关联对象
//	gl.DEPTH_ATTACHMENT:	深度关联对象
//	gl.STENCIL_ATTACHMENT:模板关联对象

在FBO进行绘图

首先把绘制目标切换为FBO，并在其颜色关联对象，即纹理对象中绘制立方体；
然后把绘制目标切换回canvas，在颜色缓冲区中绘制矩形，同时把上一步在纹理对象中绘制的图像贴到矩形表面上

function draw(gl, canvas, fbo, plane, cube, angle, texture viewProjMatrix, viewProjMAtrixFBO) {
  // 切换渲染目标为FBO
  gl.bindFrameBuffer(gl.FRAMEBUFFER, fbo);
  gl.viewport(0, 0, OFFSCREEN_WIDTH, OFFSCREEEN_HEIGHT);
  gl.clearColor(0.2, 0.2, 0.4, 1.0);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT|gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
  // 渲染立方体
  drawTexturedCube(gl, gl.program, cube, angle, texture, viewProjMatrixFBO);
  
  // 切换渲染目标为颜色缓冲区，实际上解绑帧缓冲区
  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, null);
  gl.viewport(0, 0, canvas,width, canvas.height);
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT|gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
  // 渲染平面
  drawTexturedPlane(gl, gl.program, plane, angle, fbo.texture, viewProjMatrix);
}