THREE.JS入门教程(3)着色器

译序
Three.js是一个伟大的开源WebGL库,WebGL允许JavaScript操作GPU,在浏览器端实现真正意义的3D。但是目前这项技术还处在发展阶段,资料极为匮乏,爱好者学习基本要通过Demo源码和Three.js本身的源码来学习。

.简介
这是WebGL着色器教程的后半部分,如果你没看过前一篇,阅读这一篇教程可能会使你感到困惑,建议你翻阅前面的教程。

上一篇结束的时候,我们在屏幕中央画了一个好看的粉红色的球体。现在我要开始创建一些更加有意思的东西了。

在这一篇教程中,我们会先花点时间来加入一个动画循环,然后是顶点attributes变量和一个uniform变量。我们还要加一些varying变量,这样顶点着色器就可以向片元着色器传递信息了。最终的结果是哪个粉红色的球体会从顶部开始向两侧“点燃”,然后作有规律的运动。这有一点迷幻,但是会帮助你对着色器中的三种变量有更好的了解:他们互相联系,实现了整个集合体。当然我们会在Three.js的框架中做这些。
1.模拟光照
让我们更新颜色吧,这样球体看起来就不会是个扁平晦暗的圆了。如果我们想看看Three.js是怎样处理光照的,我敢肯定你会发现这比我们需要的要复杂得多,所以我们先模拟光照吧。你应该浏览一下Three.js中那些奇妙的着色器,还有一些来自最近的一个 Chris Milk 和 Google, Rome 的WebGL项目。
回到着色器,我们要更新顶点着色器来向片元着色器传递顶点的法向量。利用一个varying变量:

复制代码 代码如下:


// 创建一个varying变量vNormal,顶点着色器和片元着色器都包含了该变量
varying vec3 vNormal;
void main() {
// 将vNormal设置为normal,后者是Three.js创建并传递给着色器的attribute变量
vNormal = normal;
gl_Position = projectionMatrix *
modelViewMatrix *
vec4(position, 1.0);
}


在片元着色器中,我们将会创建一个相同变量名的变量,然后将法线向量和另一个表示来自右上方光线的向量点乘,并将结果作用于颜色。最后结果的效果有点像平行光。

复制代码 代码如下:


// 和顶点着色器中一样的变量vNormal
varying vec3 vNormal;
void main() {
// 定义光线向量
vec3 light = vec3(0.5,0.2,1.0);
// 确保其归一化
light = normalize(light);
// 计算光线向量和法线向量的点积,如果点积小于0(即光线无法照到),就设为0
float dProd = max(0.0, dot(vNormal, light));
// 填充片元颜色
gl_FragColor = vec4(dProd, // R
dProd, // G
dProd, // B
1.0); // A
}


使用点积的原因是:两个向量的点积表明他们有多么“相似”。如果两个向量都是归一化的,而且他们的方向一模一样,点积的值就是1;如果两个向量的方向恰巧完全相反,点积的值就是-1。我们所做的就是把点积的值拿来作用到光纤上,所以如果这个点在球体的右上方,点积的值就是1,也就是完全照亮了;而在另一边的点,获得的点积值接近0,甚至到了-1。我们将获得的任何负值都设置为0。当你将数据传入之后,你就会看到最基本的光照效果了。

下面是什么?我们会将顶点的坐标掺和进来。
2.Attribut变量
接下来我要通过Attribute变量为每一个顶点传递一个随机数,这个随机数被用来将顶点沿着法线向量推出去一段距离。新的结果有点像一个怪异的不规则物体,每次刷新页面物体都会随机变化。现在,他还不会动(后面我会让他动起来),但是几次刷新就可以很好地观察到,他的形状是随机的。
让我们开始为顶点着色器加入attribute变量吧:

复制代码 代码如下:


attribute float displacement;
varying vec3 vNormal;
void main() {
vNormal = normal;
// 将随机数displacement转化为三维向量,这样就可以和法线相乘了
vec3 newPosition = position +
normal * vec3(displacement);
gl_Position = projectionMatrix *
modelViewMatrix *
vec4(newPosition, 1.0);
}


你看到什么都没变,因为attribute变量displacement还没有被设定你,所以着色器就使用了0作为默认值。这时displacement还没起作用,但我们马上就要在着色器材质中加上attribute变量了,然后Three.js就会自动地把它们绑在一起运行了。

同时也要注意这样一个事实,我将更新后的位置指定给了一个新的三维向量变量,因为原来的位置变量position,就像所有的attribute变量一样,都是只读的。
3.更新着色器材质
现在我们来更新着色器材质,传入一些东西给attribute对象displacement。记住,attribute对象是和顶点一一对应的,所以我们对球体的每一个顶点都有一个值,就像这样:

复制代码 代码如下:

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