37 WebGL多个模型组成一个复杂的模型
来源：互联网 发布：飞鸽传书网络连接失败 编辑：程序博客网 时间：2024/06/01 21:55
<!DOCTYPE html><html lang="en"><head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, user-scalable=no, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, minimum-scale=1.0"> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge"> <title>Title</title> <style> body { margin: 0; text-align: center; } #canvas { margin: 0; } </style></head><body onload="main()"><canvas id="canvas" height="800" width="1200"></canvas></body><script src="lib/webgl-utils.js"></script><script src="lib/webgl-debug.js"></script><script src="lib/cuon-utils.js"></script><script src="lib/cuon-matrix.js"></script><script> // 顶点着色器 var VSHADER_SOURCE = "" + "attribute vec4 a_Position;\n" + //顶点位置变量 "attribute vec4 a_Normal;\n" + //顶点法向量变量 "uniform mat4 u_MvpMatrix;\n" + //视图模板射影矩阵 "uniform mat4 u_NormalMatrix;\n" + //逆转置矩阵 "varying vec4 v_Color;\n" + //顶点颜色 "void main(){\n" + " gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n" + " vec3 lightDirection = normalize(vec3(0.0,0.5,0.7));\n" + " vec4 color = vec4(1.0,0.4,0.0,1.0);\n" + " vec3 normal = normalize((u_NormalMatrix * a_Normal).xyz);\n" + " float nDotL = max(dot(normal, lightDirection), 0.0);\n" + " v_Color = vec4(color.rgb * nDotL + vec3(0.1), color.a);\n" + "}"; // 片元着色器 var FSHADER_SOURCE = "" + "#ifdef GL_ES\n" + "precision mediump float;\n" + "#endif\n" + "varying vec4 v_Color;\n" + "void main () {" + " gl_FragColor = v_Color;\n" + "}\n"; //主函数，页面加载完成触发 function main() { //获取canvas对象 var canvas = document.getElementById("canvas"); //获取WebGL上下文 var gl = getWebGLContext(canvas); if (!gl) { console("您的浏览器不支持WebGL"); return; } //初始化着色器 if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) { console.log("无法初始化着色器"); return; } //通过创建缓冲区并赋值数据给attribute变量 并返回绘制次数 var n = initVertexBuffers(gl); if (n < 0) { console.log("无法设置缓冲区的相关信息"); return; } //初始化底色和开启隐藏面消除 gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); gl.enable(gl.DEPTH_TEST); //获取相关的uniform变量的存储位置 var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_MvpMatrix"); var u_NormalMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, "u_NormalMatrix"); if (!u_NormalMatrix || !u_MvpMatrix) { console.log("无法获取到相关的存储位置"); return; } //创建一个视点(view) 射影(projection) 矩阵(matrix) var viewProjMatrix = new Matrix4(); viewProjMatrix.setPerspective(50.0, canvas.width / canvas.height, 1.0, 100.0); viewProjMatrix.lookAt(20.0, 10.0, 30.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0); //添加键盘按键交互事件 document.onkeydown = function (e) { keydown(e, gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); }; //绘制两节胳膊 draw(gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); } //声明全局变量 var angle_step = 3.0; //每一次点击触发事件旋转角度（度）的增量 var g_arm1Angle = -90.0;//arm1的旋转角度（度） var g_joint1Angle = -45.0;//joint1的旋转角度（度 var g_joint2Angle = 0.0; //joint2的当前角度 var g_joint3Angle = 0.0; //joint3的当前角度 function keydown(event, gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix) { switch (event.keyCode) { case 38: // 上键 -> 以joint1为中心沿着z轴旋转（增量） if (g_joint1Angle < 135.0) g_joint1Angle += angle_step; break; case 40: // 下键 -> 以joint1为中心沿着z轴旋转（减量） if (g_joint1Angle > -135.0) g_joint1Angle -= angle_step; break; case 39: // 右键 -> 以y轴进行水平旋转（增量） g_arm1Angle = (g_arm1Angle + angle_step) % 360; break; case 37: // 左键 -> 以y轴进行水平旋转（减量） g_arm1Angle = (g_arm1Angle - angle_step) % 360; break; case 90: // Z键 -> 使joint2正向转动 g_joint2Angle = (g_joint2Angle + angle_step) % 360; break; case 88: // X键 -> 使joint2负向转动 g_joint2Angle = (g_joint2Angle - angle_step) % 360; break; case 86: // V键 -> 使joint3正向转动 if (g_joint3Angle < 60.0) { g_joint3Angle = (g_joint3Angle + angle_step) % 360; } break; case 67: // C键 -> 使joint3负向转动 if (g_joint3Angle > -60.0) { g_joint3Angle = (g_joint3Angle - angle_step) % 360; } break; default: return; // 其他按键没作用 } draw(gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); } function initVertexBuffers(gl) { // Vertex coordinates（长方体3宽度，高度10，长度3，其原点在其底部） var vertices = new Float32Array([ 0.5, 1.0, 0.5, -0.5, 1.0, 0.5, -0.5, 0.0, 0.5, 0.5, 0.0, 0.5, // v0-v1-v2-v3 front 0.5, 1.0, 0.5, 0.5, 0.0, 0.5, 0.5, 0.0,-0.5, 0.5, 1.0,-0.5, // v0-v3-v4-v5 right 0.5, 1.0, 0.5, 0.5, 1.0,-0.5, -0.5, 1.0,-0.5, -0.5, 1.0, 0.5, // v0-v5-v6-v1 up -0.5, 1.0, 0.5, -0.5, 1.0,-0.5, -0.5, 0.0,-0.5, -0.5, 0.0, 0.5, // v1-v6-v7-v2 left -0.5, 0.0,-0.5, 0.5, 0.0,-0.5, 0.5, 0.0, 0.5, -0.5, 0.0, 0.5, // v7-v4-v3-v2 down 0.5, 0.0,-0.5, -0.5, 0.0,-0.5, -0.5, 1.0,-0.5, 0.5, 1.0,-0.5 // v4-v7-v6-v5 back ]); // 每一个面的法向量 var normals = new Float32Array([ 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, // v0-v1-v2-v3 front 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, // v0-v3-v4-v5 right 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, // v0-v5-v6-v1 up -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, -1.0, 0.0, 0.0, // v1-v6-v7-v2 left 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, // v7-v4-v3-v2 down 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0, 0.0, 0.0,-1.0 // v4-v7-v6-v5 back ]); // 索引 var indices = new Uint8Array([ 0, 1, 2, 0, 2, 3, // front 4, 5, 6, 4, 6, 7, // right 8, 9,10, 8,10,11, // up 12,13,14, 12,14,15, // left 16,17,18, 16,18,19, // down 20,21,22, 20,22,23 // back ]); //创建缓冲区并赋值attribute if (!initArrayBuffer(gl, "a_Position", vertices, gl.FLOAT, 3)) return -1; if (!initArrayBuffer(gl, "a_Normal", normals, gl.FLOAT, 3)) return -1; //取消缓冲区buffer绑定 gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null); //创建一个缓冲区对象，并将索引绑定到缓冲区 var indexBuffer = gl.createBuffer(); if (!indexBuffer) { console.log("无法创建索引缓冲区"); return -1; } gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer); gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW); return indices.length; } function initArrayBuffer(gl, attribute, data, type, num) { //创建缓冲区 var buffer = gl.createBuffer(); if (!buffer) { console.log("无法创建缓冲区"); return false; } //将数据写入缓冲区 gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW); //获取到attribute变量的存储位置，并将变量绑定缓冲区 var a_attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attribute); if (a_attribute < 0) { console.log("无法获取到变量的" + attribute + "存储位置"); return false; } gl.vertexAttribPointer(a_attribute, num, type, false, 0, 0); //开启缓冲区 gl.enableVertexAttribArray(a_attribute); return true; } //声明两个全局的变换矩阵(模型变换矩阵和模型视图射影矩阵) var g_modelMatrix = new Matrix4(), g_mvpMatrix = new Matrix4(); //绘制图形 function draw(gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix) { //绘制底色 gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); //绘制基座 var baseHeight = 2.0;//基座的高度 g_modelMatrix.setTranslate(0.0, -12.0, 0.0);//设置为平移矩阵，并沿y轴向下移动12 drawBox(gl, n, 10.0, baseHeight, 10.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); //arm1 第一节胳膊 var arm1Length = 10.0;//第一节胳膊的长度 g_modelMatrix.translate(0.0, baseHeight, 0.0);//移至基座 g_modelMatrix.rotate(g_arm1Angle, 0.0, 1.0, 0.0);//沿y轴旋转 drawBox(gl, n, 3.0, arm1Length, 3.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); //arm2 第二节胳膊 var arm2Length = 10.0;// g_modelMatrix.translate(0.0, arm1Length, 0.0);//移至joint1 g_modelMatrix.rotate(g_joint1Angle, 0.0, 0.0, 1.0);//沿z轴旋转 drawBox(gl, n, 4.0, arm2Length, 4.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); //机器人手掌的制作 var palmLength = 2.0; g_modelMatrix.translate(0.0, arm2Length, 0.0);//移至joint2 g_modelMatrix.rotate(g_joint2Angle, 0.0, 1.0, 0.0);//沿y轴旋转 drawBox(gl, n, 2.0, palmLength, 6.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); //移至手掌一端的中点 g_modelMatrix.translate(0.0, palmLength, 0.0); //绘制finger1 第一个手指头 pushMatrix(g_modelMatrix);//将当前的g_modelMatrix的值保存 g_modelMatrix.translate(0.0, 0.0, 2.0);//沿z轴移动 g_modelMatrix.rotate(g_joint3Angle, 1.0, 0.0, 0.0);//沿x轴旋转 drawBox(gl, n, 1.0, 2.0, 1.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); g_modelMatrix = popMatrix();//获取到压入时的g_modelMatrix矩阵的值 //绘制finger2 第二个手指头 g_modelMatrix.translate(0.0, 0.0, -2.0);//沿z轴负方向移动 g_modelMatrix.rotate(-g_joint3Angle, 1.0, 0.0, 0.0);//沿x轴旋转 drawBox(gl, n, 1.0, 2.0, 1.0, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix); } var g_matrixStack = []; //存储矩阵的值 function pushMatrix(m) {//将矩阵压入栈 var m2 = new Matrix4(m); g_matrixStack.push(m2); } function popMatrix() {//从栈中弹出矩阵 return g_matrixStack.pop(); } var g_normalMatrix = new Matrix4(); //法线坐标变换矩阵 //绘制立方体 function drawBox(gl, n, width, height, depth, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, u_NormalMatrix) { pushMatrix(g_modelMatrix); g_modelMatrix.scale(width, height, depth); //计算出计算模型视图矩阵，并赋值给u_MvpMatrix g_mvpMatrix.set(viewProjMatrix); g_mvpMatrix.multiply(g_modelMatrix); gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, g_mvpMatrix.elements); //获取模型矩阵的逆转置矩阵，并赋值u_NormalMatrix g_normalMatrix.setInverseOf(g_modelMatrix); g_normalMatrix.transpose(); gl.uniformMatrix4fv(u_NormalMatrix, false, g_normalMatrix.elements); //绘制 gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0); g_modelMatrix = popMatrix(); }</script></html>相对于上一节的代码，着色器部分一点都没有修改。在keydown()事件中，增加了新增部件的旋转角度变量，并相应的增加了鼠标控制的事件。
在draw()函数内，将额外增加的结构也相应的绘制出来。模型的各个部件base、arm1、arm2、palm、finger1和finger2等虽然都是立方体，但是长宽各不相同，所以本例相应的扩展了drawBox()函数，添加了三个参数width(宽度)、height(高度)和depth(深度)。
为什么会需要添加pushMatrix()和popMatrix()两个存储矩阵的压栈和出栈？
因为如果按以前的那样顺序绘制的话，finger2关联的地方将不是手掌palm，而是finger1，所以，在绘制finger1之前，将矩阵存储起来，然后在绘制完finger1之后，再绘制finger2，这样两个手指都关联到了手掌palm上了。只要栈足够深，用这种方法就可以绘制任意复杂的层次结构模型。我们只需要按照层次结构，从高到底绘制部件，并在绘制“具有兄弟部件”的部件前将模型矩阵压入栈，绘制完再弹出即可。
为什么drawBox()函数内部也需要压栈入栈？
drawBox()函数首先将模型矩阵乘以由width、height和depth参数组成的缩放矩阵，是绘制出的立方体尺寸与设想的一样。如果不是用压栈出栈，绘制第一个的缩放矩阵，会对第二个绘制的缩放矩阵产生一定的影响，所以，要将缩放之前的默认大小保存下来，就用到了。
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