前言
大部分公司的都会有可视化的需求，但是用echarts，antv等图表库，虽然能快速产出成果，但是还是要知道他们底层其实用canvas或svg来做渲染，canvas浏览器原生支持，h5天然支持的接口，而svg相比矢量化，但是对大体量的点的处理没有canvas好，但是可以操作dom等优势。canvas和svg我们一般只能做2d操作，当canvas.getContext('webgl')我们就能获取webgl的3d上下文，通过glsl语言操作gpu然后渲染了。理解webgl，可以明白h5的很多三维的api底层其实都是webgl实现，包括对canvas和svg也会有新的认知。
canvas和webgl的区别
canvas和webgl都可以做二维三维图形的绘制。底层都会有对应的接口获取。cancvas一般用于二维canvas.getContext("2d")，三维一般可以通过canvas.getContext('webgl')
窥探WebGL
理解建模
如果你有建模软件基础的话，相信3dmax、maya、su等软件你一定不会陌生，本质其实就是点、线、面来组成千变万化的事物。打个比方球体就是无数个点连成线然后每三根线形成面，当然有常见的四边形，其实也是两个三边形组成，为什么不用四边形，因为三边形更稳定、重心可计算、数据更容易测算。
所以核心也就是点、线、三角面
了解WebGL
WebGL可以简单理解为是openGL的拓展，让web端通过js可以有强大的图形处理能力。当然为了与显卡做交互你必须得会glsl语言。
GLSL
glsl着色器语言最重要的就是顶点着色器和片元着色器。简单理解为一个定位置一个添颜色。
简单绘制一个点
webgl会有大量的重复性前置工作，也就是创建着色器 -> 传入着色器源码 -> 编译着色器 -> 创建着色器程序 -> 绑定、连接、启用着色器 -> 可以绘制了！
一般而言我们是不会重复写这个东西，封装好了直接调用就行。
function initShader (gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE) {
const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, VERTEX_SHADER_SOURCE);
gl.shaderSource(fragmentShader, FRAGMENT_SHADER_SOURCE);
//编译着色器
gl.compileShader(vertexShader);
gl.compileShader(fragmentShader);
//创建程序对象
const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);
gl.useProgram(program);
return program;
}
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<script src="./initShader.js"></script>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="300" height="400">
不支持canvas
</canvas>
</body>
<script>
const ctx = document.getElementById('canvas')
const gl = ctx.getContext('webgl')
//着色器： 通过程序用固定的渲染管线，来处理图像的渲染，着色器分为两种,顶点着色器：顶点理解为坐标，片元着色器：像素
//顶点着色器源码
const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
void main() {
gl_Position = vec4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
gl_PointSize = 10.0;
}
`
//片元着色器源码
const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
void main() {
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`
//创建着色器
const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE)
//执行绘制
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1)
//gl.drawArrays(gl.LINES, 0, 1)
//gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 1)
</script>
</html>
绘制效果如下：
相信看了上面有段代码会有疑惑
gl_position代表坐标，vec4就一个存放个4个float的浮点数的容量，定义坐标， 分别对应x、y、z、w，也就是三维坐标，但是w就等于比例缩放xyz而已，一般在开发中，我们的浏览器的坐标要跟这个做个转换对应上，gl_POintSize是点的大小，注意是浮点数
gl_flagColor渲染的像素是红色，是因为这类似于比例尺的关系需要做个转换， (R值/255，G值/255，B值/255，A值/1） ->（1.0, 0.0, 0.0, 1.0)
绘制动态点
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
<script src="./initShader.js"></script>
</head>
<body>
<canvas id="canvas" width="300" height="400">
不支持canvas
</canvas>
</body>
<script>
const canvas = document.getElementById('canvas')
const gl = canvas.getContext('webgl')
const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
precision mediump float;
attribute vec2 a_Position;
attribute vec2 a_Screen_Size;
void main(){
vec2 position = (a_Position / a_Screen_Size) * 2.0 - 1.0;
position = position * vec2(1.0, -1.0);
gl_Position = vec4(position, 0, 1);
gl_PointSize = 10.0;
}
`
const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
precision mediump float;
uniform vec4 u_Color;
void main() {
vec4 color = u_Color / vec4(255, 255, 255, 1);
gl_FragColor = color;
}
`
//前置工作，着色器可以渲染了！
const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE)
//获取glsl的变量对应的属性做修改
var a_Position = gl.getAttribLocation(program, 'a_Position');
var a_Screen_Size = gl.getAttribLocation(program, 'a_Screen_Size');
var u_Color = gl.getUniformLocation(program, 'u_Color');
gl.vertexAttrib2f(a_Screen_Size, canvas.width, canvas.height); //给glsl的属性赋值两个浮点数
//给个默认背景颜色
gl.clearColor(0, 0, 0, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
//存储点击位置的数组。
var points = [];
canvas.addEventListener('click', e => {
var x = e.pageX;
var y = e.pageY;
var color = { r: Math.floor(Math.random() * 256), g: Math.floor(Math.random() * 256), b: Math.floor(Math.random() * 256), a: 1 };
points.push({ x: x, y: y, color: color })
gl.clearColor(0, 0, 0, 1.0);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
for (let i = 0; i < points.length; i++) {
var color = points[i].color;
gl.uniform4f(u_Color, color.r, color.g, color.b, color.a);
gl.vertexAttrib2f(a_Position, points[i].x, points[i].y);
gl.drawArrays(gl.POINTS, 0, 1);
}
})
</script>
</html>
vec2 position = (a_Position / a_Screen_Size) * 2.0 - 1.0; 注意这里的坐标转换，从canvas转为ndc坐标，其实就是看范围就行，[0, 1] -> [0, 2] -> [-1, 1]。上面总体的流程总结下就是，定义着色器，定义glsl着色器源码 -> 通过api获取canvas的信息转换坐标系 -> 监听点击事件传递变量到glsl中 -> 通过pointer缓存 -> drawArrays绘制。但是这种方法，很明显有大量的重复渲染，每次遍历都要把之前渲染的重复执行。
大致效果
总结
通过简单的webgl入门，已经有了初步的认知，大致的流程为：着色器初始化 -> 着色器程序对象 -> 控制变量 -> 绘制，为了更好的性能，后面会使用缓冲区来解决重复渲染的问题，这样我们的顶点不会一个一个设置而直接会被缓存，包括后面一些动态效果会涉及到矩阵的转换，如平移、缩放、旋转、复合矩阵。