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WebGL系列教程九（动画）

news 来源：原创 2024/9/19 21:28:17

1 前言

上一篇我们讲了WebGL中的基础语法，现在我们已经讲过了三维物体的绘制，着色及纹理映射，现在我们可以讲一些稍微高级点的操作了，这一节我们来讲动画，我们考虑怎么让一个立方体动起来。

2 绘制立方体并进行纹理映射

这一节的代码是在WebGL系列教程六（纹理映射与立方体贴图）的基础上修改而来的，因此绘制立方体和纹理映射的代码我们直接拿过来。

<script id="vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">//顶点位置attribute vec4 a_Position;//纹理坐标attribute vec2 a_TexCoord;//传递纹理坐标varying vec2 v_TexCoord;void main(){gl_Position = a_Position;//直接将纹理坐标赋值给传递变量v_TexCoord = a_TexCoord;}
</script>
<script id="fragment-shader" type="x-shader/x-fragment">precision highp float;//采样器，固定写法uniform sampler2D u_Sampler;//接收顶点着色器传过来的值varying vec2 v_TexCoord;void main(){//到某个纹理坐标去采样，也是固定写法gl_FragColor = texture2D(u_Sampler,v_TexCoord);}
</script>

// Create a cube
//    v6----- v7
//   /|      /|
//  v1------v0|
//  | |     | |
//  | |v5---|-|v4
//  |/      |/
//  v2------v3
const verticesColors = new Float32Array([// 前面-1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v2 图片左下角纹理坐标1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v3 图片左下角纹理坐标1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v0 图片右下角纹理坐标-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v1 图片左上角纹理坐标// 后面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 上面-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v1 同上1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v0 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 下面-1.0, -1.0, 1.0,   0.0, 0.0,//v2 同上1.0,  -1.0, 1.0,   1.0, 0.0,//v3 同上1.0,  -1.0,-1.0,   1.0, 1.0,//v4 同上-1.0, -1.0,-1.0,   0.0, 1.0,//v5 同上// 左面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上-1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v2 同上-1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v1 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 右面1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v3 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v0 同上
]);const indices = new Uint8Array([0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面20, 21, 22, 20, 22, 23  // 右面
]);
gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
//顶点
let vertexColorBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexColorBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,verticesColors,gl.STATIC_DRAW);
let FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;
let a_Position = gl.getAttribLocation(program,'a_Position');
gl.vertexAttribPointer(a_Position,3,gl.FLOAT,false,FSIZE*5,0);
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
//指定纹理坐标值
let a_TexCoord = gl.getAttribLocation(program,'a_TexCoord');
gl.vertexAttribPointer(a_TexCoord,2,gl.FLOAT,false,5*FSIZE,3*FSIZE);
gl.enableVertexAttribArray(a_TexCoord);
let image = new Image();
image.src = 'static/sky.jpg';
image.onload = function(){console.log('image ok');//创建纹理对象let texture = gl.createTexture();//获取采样器let u_Sampler = gl.getUniformLocation(program,'u_Sampler');//反转Y轴，canvas的Y轴和WebGL的Y轴方向是反的gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL,1);//启用0号纹理gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D,texture);//设置纹理为，缩小纹理时，取纹理坐标周围四个像素的颜色均值gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D,gl.TEXTURE_MIN_FILTER,gl.LINEAR);//设置对象使用的图片，mipmap层级，图像的格式，纹理的格式，纹理数据类型，图片gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D,0,gl.RGB,gl.RGB,gl.UNSIGNED_BYTE,image);//将0号纹理赋值给采样器gl.uniform1i(u_Sampler,0);//绑定索引缓冲let indexBuffer =  gl.createBuffer();gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indexBuffer);gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indices,gl.STATIC_DRAW);//清空颜色缓冲和深度缓冲gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);//绘制//顶点索引数组如果是Uint8Array，就是UNSIGNED_BYTE，表示数组里的值在0-2^8-1(255)//................Uint16Array,就是UNSIGNED_SHORT，表示数组里的值在0-2^16-1(65535)//................Uint32Array,就是UNSIGNED_INT，表示数组里的值在0-2^32-1(4294967295)gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);
};

效果：

在这里插入图片描述

3 动画思路

现在我们要让这个立方体动起来。那怎么动呢？让立方体始终旋转就可以了。那怎么让它旋转呢？乘以我们之前讲到的旋转矩阵就可以了。那怎么让它一直动呢？用定时器可以实现，每秒都去执行，但是还有性能更好的实现方案，那就是requestAnimationFrame。requestAnimationFrame能够让浏览器每一帧都去调用一个函数。

4 开始绘制

4.1 在顶点着色器中声明旋转矩阵

<script id="vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">//顶点位置attribute vec4 a_Position;//旋转矩阵uniform mat4 uRotateMatrix;//纹理坐标attribute vec2 a_TexCoord;//传递纹理坐标varying vec2 v_TexCoord;void main(){//旋转矩阵乘以顶点的位置，表示每个顶点都经过了旋转gl_Position = uRotateMatrix * a_Position;//直接将纹理坐标赋值给传递变量v_TexCoord = a_TexCoord;}
</script>
<script id="fragment-shader" type="x-shader/x-fragment">precision highp float;//采样器，固定写法uniform sampler2D u_Sampler;//接收顶点着色器传过来的值varying vec2 v_TexCoord;void main(){//到某个纹理坐标去采样，也是固定写法gl_FragColor = texture2D(u_Sampler,v_TexCoord);}
</script>

4.2 获取旋转矩阵变量并进行赋值

//创建旋转矩阵
var modelMatrix = new Matrix4();
//绕Y轴旋转60度，0，1，0，表示Y轴上的单位向量
modelMatrix.setRotate(60,0,1,0);
var uRotateMatrix = gl.getUniformLocation(program, 'uRotateMatrix');
gl.uniformMatrix4fv(uRotateMatrix,false,modelMatrix .elements);

4.3 计算角度

var ANGLE_STEP = 30.0;//假设每秒旋转30度
var currentAngle = 0.0; //当前是0度
var g_last = Date.now();//记录一个开始时间
function animate(angle) {// 计算角度var now = Date.now();//获取当前时间var elapsed = now - g_last;//两个时间相减，得到两个时间之差，单位为毫秒g_last = now;// 更新角度,一秒是1000毫秒，先算出过了几秒，再乘以角度的步长var newAngle = angle + ANGLE_STEP * (elapsed / 1000.0);return newAngle %= 360;
}

4.4 每一帧都去绘制

let tick = function(){currentAngle = animate(currentAngle);modelMatrix.setRotate(currentAngle,0,1,0);//绘制//略。。。//每一帧都去调用requestAnimationFrame(tick);
};
tick();

4.5 效果

在这里插入图片描述

4.6 完整代码

const verticesColors = new Float32Array([// 前面-1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v2 图片左下角纹理坐标1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v3 图片左下角纹理坐标1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v0 图片右下角纹理坐标-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v1 图片左上角纹理坐标// 后面1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v4 同上-1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v5 同上-1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v6 同上1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v7 同上// 上面-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v1 同上1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v0 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 下面-1.0, -1.0, 1.0,   0.0, 0.0,//v2 同上1.0,  -1.0, 1.0,   1.0, 0.0,//v3 同上1.0,  -1.0,-1.0,   1.0, 1.0,//v4 同上-1.0, -1.0,-1.0,   0.0, 1.0,//v5 同上// 左面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上-1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v2 同上-1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v1 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 右面1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v3 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v0 同上
]);const indices = new Uint8Array([0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面20, 21, 22, 20, 22, 23  // 右面
]);
gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
//顶点
let vertexColorBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexColorBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,verticesColors,gl.STATIC_DRAW);
let FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;
let a_Position = gl.getAttribLocation(program,'a_Position');
gl.vertexAttribPointer(a_Position,3,gl.FLOAT,false,FSIZE*5,0);
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);//指定纹理坐标值
let a_TexCoord = gl.getAttribLocation(program,'a_TexCoord');
gl.vertexAttribPointer(a_TexCoord,2,gl.FLOAT,false,5*FSIZE,3*FSIZE);
gl.enableVertexAttribArray(a_TexCoord);
let image = new Image();
image.src = 'static/sky.jpg';
// Rotation angle (degrees/second)
let ANGLE_STEP = 30.0;
let currentAngle = 0.0; 
let modelMatrix = new Matrix4();
// Last time that this function was called
let g_last = Date.now();
function animate(angle) {// Calculate the elapsed timelet now = Date.now();let elapsed = now - g_last;g_last = now;// Update the current rotation angle (adjusted by the elapsed time)let newAngle = angle + (ANGLE_STEP * elapsed) / 1000.0;return newAngle %= 360;
}
image.onload = function(){let tick = function(){// console.log('image ok');currentAngle = animate(currentAngle);modelMatrix.setRotate(currentAngle,0,1,0);let texture = gl.createTexture();let u_Sampler = gl.getUniformLocation(program,'u_Sampler');//反转Y轴gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL,1);//启用0号纹理gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D,texture);//设置纹理为，缩小纹理，取纹理坐标周围四个像素的颜色均值gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D,gl.TEXTURE_MIN_FILTER,gl.LINEAR);//设置对象使用的图片，mipmap层级，图像的格式，纹理的格式，纹理数据类型，图片gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D,0,gl.RGB,gl.RGB,gl.UNSIGNED_BYTE,image);//将0号纹理赋值给采样器gl.uniform1i(u_Sampler,0);//绑定索引缓冲let indexBuffer =  gl.createBuffer();gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indexBuffer);gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indices,gl.STATIC_DRAW);//赋值给u_MvpMatrixvar uRotateMatrix= gl.getUniformLocation(program, 'uRotateMatrix');gl.uniformMatrix4fv(uRotateMatrix,false,uRotateMatrix.elements);//清空颜色缓冲和深度缓冲gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);//绘制//顶点索引数组如果是Uint8Array，就是UNSIGNED_BYTE，表示数组里的值在0-2^8-1(255)//................Uint16Array,就是UNSIGNED_SHORT，表示数组里的值在0-2^16-1(65535)//................Uint32Array,就是UNSIGNED_INT，表示数组里的值在0-2^32-1(4294967295)gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);requestAnimationFrame(tick, canvas);};tick();};