WebGL简易教程(二)：向着色器传输数据
- 2019 年 10 月 3 日
- 笔记
1. 概述
在上一篇教程《WebGL简易教程(一)：第一个简单示例》中，通过一个绘制点的例子，对WebGL中的可编程渲染管线有了个基本的认识。在之前绘制点的例子中，点的位置，点的大小，点的颜色，都是固定写在着色器中的，这样的程序是缺乏可扩展性的。
比如我想绘制一张地形（DEM），平时地形数据是保存在地形文件之中的。被程序加载之后，数据信息首先要被读取到内存，然后传递给显存，最后由显卡进行绘制。渲染管线之所以灵活强大，正是由于可以向负责绘制工作的着色器传递数据。
2. 示例：绘制一个点(改进版)
在上一篇绘制点例子之上进行改进，改进后的HelloPoint1.js代码如下：
// 顶点着色器程序 var VSHADER_SOURCE = 'attribute vec4 a_Position;n' + // attribute variable 'void main() {n' + ' gl_Position = a_Position;n' + // Set the vertex coordinates of the point ' gl_PointSize = 10.0;n' + // Set the point size '}n'; // 片元着色器程序 var FSHADER_SOURCE = 'precision mediump float;n' + 'uniform vec4 u_FragColor;n' + // uniform変数 'void main() {n' + ' gl_FragColor = u_FragColor;n' + // Set the point color '}n'; function main() { // 获取 <canvas> 元素 var canvas = document.getElementById('webgl'); // 获取WebGL渲染上下文 var gl = getWebGLContext(canvas); if (!gl) { console.log('Failed to get the rendering context for WebGL'); return; } // 初始化着色器 if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) { console.log('Failed to intialize shaders.'); return; } // 获取attribute变量的存储位置 var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position'); if (a_Position < 0) { console.log('Failed to get the storage location of a_Position'); return; } // 将顶点位置传输给attribute变量 gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.5, 0.5, 0.0); //获取u_FragColor变量的存储地址 var u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor'); if (!u_FragColor) { console.log('Failed to get the storage location of u_FragColor'); return; } //将点的颜色传入到u_FragColor变量中 gl.uniform4f(u_FragColor, 0.0, 0.8, 0.0, 1.0); // 指定清空<canvas>的颜色 gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 清空<canvas> gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); // 绘制一个点 gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1); }1) attribute变量
在顶点着色器中，可以看到声明了一个attribute的全局变量a_Position，并且将这其赋值给gl_Position：
// 顶点着色器程序 var VSHADER_SOURCE = 'attribute vec4 a_Position;n' + // attribute variable 'void main() {n' + ' gl_Position = a_Position;n' + // Set the vertex coordinates of the point ' gl_PointSize = 10.0;n' + // Set the point size '}n';attribute是glsl中三种变量声明之一，代表的是与顶点相关的数据，只能用在顶点着色器中。这个变量存储了从外部传输进顶点着色器的数据。
在shader中定义好attribute变量之后，还需要通过JS与shader进行交互。通过WebGL的渲染上下文变量gl，可以得到获取attribute变量的存储地址的方法getAttribLocation（），其定义如下：
通过这个函数，获取着色器中attribute变量的位置：
// 获取attribute变量的存储位置 var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position'); if (a_Position < 0) { console.log('Failed to get the storage location of a_Position'); return; }获取地址之后，就可以向attribute变量传送数据了。通过使用gl. vertexAttrib3f()函数来向着色器传入值。这里将想要绘制点的位置传送给顶点着色器。
// 将顶点位置传输给attribute变量 gl.vertexAttrib3f(a_Position, 0.5, 0.5, 0.0);其函数定义如下：
注意这个函数是有一系列的同族函数，都是以基础函数名+参数个数+参数类型来命名的，以应付传输不同的数据。具体可以查阅WebGL的API。
2) uniform变量
同样的，在片元着色器中，声明了一个全局的uniform变量u_FragColor，并将其赋值给gl_FragColor：
// 片元着色器程序 var FSHADER_SOURCE = 'precision mediump float;n' + 'uniform vec4 u_FragColor;n' + // uniform変数 'void main() {n' + ' gl_FragColor = u_FragColor;n' + // Set the point color '}n';uniform是glsl中另外一种变量声明，表示的是JavaScript程序向顶点着色器和片元着色器传输的一致的(不变的)数据；也就是是说这种变量既可以用在顶点着色器也可以用于片元着色器。
与attribute变量类似，uniform变量也是先获取其地址，然后向其传值。这里将想要绘制的颜色传送给片元着色器：
//获取u_FragColor变量的存储地址 var u_FragColor = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_FragColor'); if (!u_FragColor) { console.log('Failed to get the storage location of u_FragColor'); return; } //将点的颜色传入到u_FragColor变量中 gl.uniform4f(u_FragColor, 0.0, 0.8, 0.0, 1.0);可以看到uniform变量是通过gl.getUniformLocation（）函数获取地址，gl.uniform4f()变量传送数据的。它们的函数定义如下：
3) varying变量
除了attribute变量和uniform变量之外，还有一种varying变量，它表示的是从顶点着色器流向片元着色器可变的变量。这一点会在以后讲到。如下所示为向着色器传输数据的方式：
3. 结果
再次打开HelloPoint1.html，其显示结果如下：
可以看到点的位置发生了变化，同时颜色也从红色变成了绿色。位置信息和颜色信息不再是硬编码在着色器中，而是从外部传入的。
4. 参考
本来部分代码和插图来自《WebGL编程指南》，源代码链接：https://share.weiyun.com/5VjlUKo ，密码：sw0x2x。会在此共享目录中持续更新后续的内容。
我的博客即将同步至腾讯云+社区，邀请大家一同入驻：https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=d6dlr68ip754
