WebGL 着色器简介

在 Web 开发中，WebGL 着色器是一个十分重要的概念。通过着色器，我们可以对 WebGL 的渲染效果进行精细化的控制，实现更加绚丽的图形显示效果。本文将介绍 WebGL 着色器的基本原理以及常见的应用场景。

WebGL 着色器基本原理

WebGL 着色器实际上是运行在 GPU 上的代码，它通过读取 WebGL 中的顶点数据和纹理数据，进行计算得出每个像素点的颜色，并将结果返回给 WebGL 渲染管道。简单来说，WebGL 着色器就是一个片段着色器和一个顶点着色器的组合，它们分别负责对每个像素点的颜色进行计算和对每个顶点进行变换处理。

片段着色器

片段着色器是 WebGl 着色器中最常见的一种。通过它，我们可以对每个像素点的颜色进行计算，实现比较丰富的显示效果。下面是一个示例片段着色器程序：

precision mediump float;
varying vec3 vColor;
void main() {
  gl_FragColor = vec4(vColor, 1.0);
}

代码解释：

• 在 Shader 中，可以使用内置的变量 gl_FragColor 来表示即将呈现的像素颜色。
• precision mediump float 声明着色器浮点数的精度，避免因精度不足导致计算结果不准确。
• varying 关键字声明了输入变量的类型和名称，用于两个 Shader 之间的数据传递。
• vec4() 创建了一个向量，表示 RGBA 颜色四个通道的值，其中 vColor 参数表示从顶点着色器输入的颜色值。
• 程序运行完毕后，gl_FragColor 的值即为片段着色器计算得到的颜色值。

顶点着色器

顶点着色器是 WebGl 着色器中另一种常见的类型，它负责对每个顶点进行变换处理、计算出颜色值。下面是一个示例顶点着色器程序：

attribute vec3 aVertexPosition;
attribute vec3 aVertexColor;
uniform mat4 uMVMatrix;
uniform mat4 uPMatrix;
varying vec3 vColor;
void main() {
  gl_Position = uPMatrix * uMVMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
  vColor = aVertexColor;
}

代码解释：

• attribute 关键字声明输入变量的类型和名称。
• uniform 用于声明可以由 JavaScript 外部程序设置值的全局变量。
• gl_Position 变量表示顶点的位置信息。
• vec4() 用于创建表示空间坐标的 4D 向量，其中 1 表示点的齐次坐标。
• uPMatrix 和 uMVMatrix 分别表示透视矩阵和模型/视图矩阵，它们是由 JavaScript 程序传递给 Shader 的。
• vColor 变量表示需要传递到片段着色器中的颜色信息。

WebGL 着色器应用场景

WebGL 着色器的应用场景非常广泛，包括但不限于：

• 游戏开发，通过着色器实现光影效果、材质反射等效果。
• 数据可视化，通过着色器实现数据的可视化展示，对数据进行更好的分析和理解。
• AR/VR 应用，通过着色器实现 AR 图像的识别和追踪、VR 环境中的操控和交互等功能。

结语

本文介绍了 WebGL 着色器的基本原理和常见应用场景，希望能够对读者理解和运用 WebGL 着色器提供帮助。了解 WebGL 着色器的底层工作机制，可以为开发者更好地应用着色器提供必要的指导。