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WebGL トライアングル設定の詳細

Mary-Kate Olsen
Mary-Kate Olsenオリジナル
2024-10-11 10:44:021024ブラウズ

WebGL は、JavaScript のより複雑な API の 1 つであるという実績があります。インタラクティブなものすべてに興味をそそられた Web 開発者として、私は WebGL の MDN ドキュメントを詳しく調べることにしました。私は WebGL の多くの困難を抽象化する Three.js を使用してきましたが、そのボンネットを開けずにはいられませんでした!

この詳細な調査の目的は、ドキュメントをより簡単な言葉で説明できるほど理解できるかどうかを確認することでした。 免責事項 — 私は Three.js を使用したことがあり、3D グラフィックの用語とパターンについて多少の知識があります。これらの概念が何らかの形で適用される場合は、必ず説明します。

まず、三角形の作成に焦点を当てます。その理由は、webGL のセットアップに必要な部分を理解するためです。

内容を把握するために、これから説明する手順を次に示します。

  • HTML キャンバスをセットアップします

  • WebGL コンテキストを取得します

  • キャンバスの色をクリアして新しい色を設定します

  • 三角形 (x,y) 座標の配列を作成します

  • 頂点およびフラグメント シェーダー コードを追加します

  • シェーダー コードを処理してコンパイルします

  • WebGL プログラムを作成する

  • バッファを作成して webGL プログラムにバインドします

  • プログラムを使用する

  • GPU 情報を CPU にリンクします

  • 三角形を描きます

HTMLキャンバスのセットアップ

  1. 「RenderTriangle」という名前のフォルダーを作成します
  2. そのフォルダーに、index.html および main.js ファイルを作成します

index.html ファイル内に次のコードを追加します:

index.js

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
<title>Document</title>
</head>
<body>
<canvas id="canvas"></canvas>
</body>
<script src="main.js"></script>
</html>

  1. は、WebGL コンテキストをレンダリングするためのエントリ ポイントです

  2. 基本的な HTML コードを設定し、main.js ファイルをリンクします。

  3. main.js ファイルで、キャンバス ID にアクセスして WebGL コンテンツをレンダリングします。

HTMLキャンバスを準備する

main.js ファイル内に、HTML キャンバスを準備する次のコードを追加します。

main.js

// get canvas
const canvas = document.getElementById("canvas");

// set width and height of canvas
canvas.width = window.innerWidth;

canvas.height = window.innerHeight;

// get the webgl context
const gl = canvas.getContext("webgl2");

  1. ID で HTML キャンバスを取得し、「canvas」という変数に保存します (任意の名前を使用できます)。

  2. window.innerWidth と window.innerHeight にアクセスして、キャンバスの canvas.width プロパティと canvas.height プロパティを設定します。 。これにより、レンダリングされた表示がブラウザ ウィンドウのサイズに設定されます。

  3. canvas.getContext(“webgl2”) を使用して WebGL コンテキストを取得し、それを「gl」という変数に保存します。

クリアカラー

main.js

gl.clearColor(0.1, 0.2, 0.3, 1.0);
gl.clear(gl.DEPTH_BUFFER_BIT | gl.COLOR_BUFFER_BIT);

WebGL プログラムを作成する前に、キャンバスの背景色を設定する必要があります。 WebGL にはこれを実現する 2 つの方法があります。

clearColor() — 特定の背景色を設定するメソッドです。これは、WebGL を HTML キャンバスにレンダリングするときに、CSS によって背景が黒に設定されるため、「clearColor」と呼ばれます。 clearColor() を呼び出すと、デフォルトの色がクリアされ、必要な色が設定されます。これは以下で確認できます。

注: clearColor() には 4 つのパラメータ (r、g、b、a) があります

clear() — clearColor() が呼び出され、明示的な背景色が設定された後、
**clear()** を呼び出してバッファを「クリア」するか、プリセット値にリセットする必要があります (バッファは色と深度の情報を一時的に保存するためのものです)。

clear() メソッドは描画メソッドの 1 つで、実際に色をレンダリングするメソッドです。 clear() メソッドを呼び出さないと、キャンバスには clearColor が表示されません。 clear() パラメータ オプションは次のとおりです。
gl.COLOR_BUFFER_BIT、gl.DEPTH_BUFFER_BIT、または gl.STENCIL_BUFFER_BIT です。

以下のコードでは、さまざまなシナリオでリセットする複数のパラメーターを追加できます。

  1. gl.DEPTH_BUFFER_BIT — ピクセル深度情報のバッファーを示します

  2. gl.COLOR_BUFFER_BIT — ピクセルの色情報のバッファを示します

三角形の座標を設定する

main.js

// set position coordinates for shape
const triangleCoords = [0.0, -1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0];

背景を設定したら、三角形の作成に必要な座標を設定できます。座標は (x, y) 座標として配列に保存されます。

以下の配列は 3 点座標を保持します。これらの点が接続されて三角形が形成されます。

0.0、-1.0
0.0、1.0
1.0、1.0

頂点シェーダーとフラグメントシェーダーの追加

main.js

const vertexShader = `#version 300 es
precision mediump float;

in vec2 position;

void main() {
 gl_Position = vec4(position.x, position.y, 0.0, 1.0); //x,y,z,w
}
`;


const fragmentShader = `#version 300 es
precision mediump float;

out vec4 color;

void main () {
 color = vec4(0.0,0.0,1.0,1.0); //r,g,b,a
}
`;

三角形座標の変数を作成した後、シェーダーを設定できます。

A shader is a program written in OpenGL ES Shading Language. The program takes position and color information about each vertice point. This information is what’s needed to render geometry.

There are two types of shaders functions that are needed to draw webgl content, the vertex shader and fragment shader

*vertex shader *— The vertex shader function uses position information to render each pixel. Per every render, the vertex shader function runs on each vertex. The vertex shader then transforms each vertex from it’s original coordinates to WebGL coordinates. Each transformed vertex is then saved to the gl_Position variable in the vertex shader program.

*fragment shader *— The fragment shader function is called once for every pixel on a shape to be drawn. This occurs after the vertex shader runs. The fragment shader determines how the color of each pixel and “texel (pixel within a texture)” should be applied. The fragment shader color is saved in the gl_FragColor variable in the fragment shader program.

In the code above we are creating both a vertexShader and fragmentShader constant and storing the shader code in them. The Book of Shaders is a great resource for learning how to write GLSL code.

Processing the Vertex and Fragment Shaders

main.js

// process vertex shader
const shader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);

gl.shaderSource(shader, vertexShader);

gl.compileShader(shader);

if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
console.log(gl.getShaderInfoLog(vertexShader));
}


// process fragment shader
const shader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);

gl.shaderSource(shader, fragmentShader);

gl.compileShader(shader);

if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
console.log(gl.getShaderInfoLog(fragmentShader));
}

Now that we wrote the shader code (GLSL), we need to create the shader. The shader code still needs to compile. To do this we call the following functions:

createShader() — This creates the shader within the WebGL context

shaderSource() — This takes the GLSL source code that we wrote and sets it into the webGLShader object that was created with createShader.

compileShader() — This compiles the GLSL shader program into data for the WebGLProgram.

The code above processes the vertex and fragment shaders to eventually compile into the WebGLProgram.

Note: An if conditional is added to check if both shaders have compiled properly. If not, an info log will appear. Debugging can be tricky in WebGL so adding these checks is a must.

Creating a WebGL Program

main.js

const program = gl.createProgram();

// Attach pre-existing shaders
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);

gl.linkProgram(program);

if (!gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)) {
  const info = gl.getProgramInfoLog(program);
  throw "Could not compile WebGL program. \n\n${info}";
}

Let’s review the code above:

After compiling the vertexShader and fragmentShader, we can now create a WebGLProgram. A WebGLProgram is an object that holds the compiled vertexShader and fragmentShader.

createProgram() — Creates and initializes the WebGLProgram

attachShader() — This method attaches the shader to the webGLProgram

linkProgram() — This method links the program object with the shader objects

Lastly, we need to make a conditional check to see if the program is running properly. We do this with the gl.getProgramParameter.

Create and Bind the Buffers

Now that the WebGL Program is created and the shader programs are linked to it, it’s time to create the buffers. What are buffers?

To simplify it as much as possible, buffers are objects that store vertices and colors. Buffers don’t have any methods or properties that are accessible. Instead, the WebGL context has it’s own methods for handling buffers.

Buffer — “a temporary storage location for data that’s being moved from one place to another”
-wikipedia

We need to create a buffer so that we can store our triangle colors and vertices.

To do this we add the following:

main.js

const buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);

gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(triangleCoords), gl.STATIC_DRAW);

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);

In the code above we’re creating a buffer (or temporary storage object) using the createBuffer() method. Then we store it in a constant. Now that we have a buffer object we need to bind it to a target. There are several different target but since we’re storing coordinates in an array we will be using the gl.ARRAY_BUFFER.

To bind the buffer to a target, we use gl.bindBuffer() and pass in the gl.ARRAY_BUFFER (target) and the buffer itself as parameters.

The next step would be to use gl.bufferData() which creates the data store. gl.bufferData() takes the following parameters:

target — gl.ARRAY_BUFFER
data — new Float32Array(triangleCoords)
usage (draw type) — gl.STATIC_DRAW

Lastly, we unbind the buffer from the target to reduce side effects.

Use Program

main.js

gl.useProgram(program);

Once the buffer creation and binding is complete, we can now call the method that sets the WebGLProgram to the rendering state.

Link GPU and CPU

As we get closer to the final step, we need to talk about attributes.

In WebGL, vertex data is stored in a special variable called attributes. attributes are only available to the javascript program and the vertex shader. To access the attributes variable we need to first get the location of the attributes from the GPU. The GPU uses an index to reference the location of the attributes.

main.js

// get index that holds the triangle position information
const position = gl.getAttribLocation(obj.program, obj.gpuVariable);

gl.enableVertexAttribArray(position);

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);

gl.vertexAttribPointer(position, 2, gl.FLOAT, obj.normalize, obj.stride, obj.offset);

Let’s review the code above:

Since we’re rendering a triangle we need the index of the position variable that we set in the vertex shader. We do this using the gl.getAttribLocation() method. By passing in the WebGL program and the position variable name (from the vertex shader) we can get the position attribute’s index.

Next, we need to use the gl.enableVertexAttribArray() method and pass in the position index that we just obtained. This will enable the attributes` storage so we can access it.

We will then rebind our buffer using gl.bindBuffer() and pass in the gl.ARRAY_BUFFER and buffer parameters (the same as when we created the buffers before). Remember in the “Create and Bind the Buffers” section we set the buffer to null to avoid side effects.

When we binded the buffer to the gl.ARRAY_BUFFER we are now able to store our attributes in a specific order. gl.vertexAttribPointer() allows us to do that.

By using gl.vertexAttribPointer() we can pass in the attributes we’d like to store in a specific order. The parameters are ordered first to last.

The gl.vertexAttribPointer is a more complex concept that may take some additional research. You can think of it as a method that allows you to store your attributes in the vertex buffer object in a specific order of your choosing.

Sometimes 3D geometry already has a certain format in which the geometry information is set. vertexAttribPointer comes in handy if you need to make modifications to how that geometry information is organized.

Draw Triangle

main.js

gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

Lastly, we can use the gl.drawArrays method to render the triangle. There are other draw methods, but since our vertices are in an array, this method should be used.

gl.drawArrays() takes three parameters:

mode — which specifies the type of primitive to render. (in this case were rendering a triangle)

first — specifies the starting index in the array of vector points (our triangle coordinates). In this case it’s 0.

count — specifies the number of indices to be rendered. ( since it's a triangle we’re rendering 3 indices)

Note: For more complex geometry with a lot of vertices you can use **triangleCoords.length / 2 **to ****get how many indices your geometry has.

Finally, your triangle should be rendered to the screen! Let’s review the steps.

Breaking Down the WebGL Triangle Setup

  • Set up the HTML canvas

  • Get the WebGL context

  • Clear the canvas color and set a new one

  • Create an array of triangle (x,y )coordinates

  • Add vertex and fragment shader code

  • Process and compile the shader code

  • Create a webGL program

  • Create and bind buffers to the webGL program

  • Use the program

  • Link the GPU information to the CPU

  • Draw out the triangle

The API is a complex one so there’s still a lot to learn but understanding this setup has given me a better foundation.

// Set up the HTML canvas
const canvas = document.getElementById("canvas");

canvas.width = window.innerWidth;
canvas.height = window.innerHeight;

// get the webgl context
const gl = canvas.getContext("webgl2");

// Clear the canvas color and set a new one
gl.clearColor(0.1, 0.2, 0.3, 1.0);
gl.clear(gl.DEPTH_BUFFER_BIT | gl.COLOR_BUFFER_BIT);


// Create an array of triangle (x,y )coordinates
const triangleCoords = [0.0, -1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0];

// Add vertex and fragment shader code
const vertexShader = `#version 300 es
precision mediump float;
in vec2 position;

void main() {
gl_Position = vec4(position.x, position.y, 0.0, 1.0); //x,y,z,w
}
`;

const fragmentShader = `#version 300 es
precision mediump float;
out vec4 color;

void main () {
color = vec4(0.0,0.0,1.0,1.0); //r,g,b,a
}
`;


// Process and compile the shader code
const vShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);

gl.shaderSource(vShader, vertexShader);
gl.compileShader(vShader);

if (!gl.getShaderParameter(vShader, gl.COMPILE_STATUS)) {
 console.log(gl.getShaderInfoLog(vertexShader));
}


const fShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);

gl.shaderSource(fShader, fragmentShader);
gl.compileShader(fShader);

if (!gl.getShaderParameter(fShader, gl.COMPILE_STATUS)) {
console.log(gl.getShaderInfoLog(fragmentShader));
}

// Create a webGL program
const program = gl.createProgram();


// Link the GPU information to the CPU
gl.attachShader(program, vShader);
gl.attachShader(program, fShader);

gl.linkProgram(program);


if (!gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)) {
const info = gl.getProgramInfoLog(program);
throw "Could not compile WebGL program. \n\n${info}";
}


// Create and bind buffers to the webGL program
const buffer = gl.createBuffer();

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(triangleCoords), gl.STATIC_DRAW);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);


// Use the program
gl.useProgram(program);



// Link the GPU information to the CPU
const position = gl.getAttribLocation(program, "position");

gl.enableVertexAttribArray(position);
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.vertexAttribPointer(position, 2, gl.FLOAT, gl.FALSE, 0, 0);


// render triangle
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

Here are some invaluable references to help understand this material better.

https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebGL_API
https://www.udemy.com/course/webgl-internals/
https://webglfundamentals.org/

以上がWebGL トライアングル設定の詳細の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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