WebGL系列教程六（纹理映射与立方体贴图）

1 前言

  上一讲我们讲了如何使用索引绘制彩色立方体，还留了一个思考题：怎么让立方体的每个面都保持一个颜色?这一讲我们就来解决这个问题，并引出纹理映射和立方体贴图。

2 思考题

  怎么让立方体的每个面都保持一个颜色?那当然是让每个面的两个三角形都保持一个颜色就行了，那怎么让每个三角形都保持一个颜色呢？因为三角形的颜色是通过顶点的颜色插值出来的，自然是让三角形的每个顶点都保持一个颜色就可以了。
  但是这样又产生了新问题，因为顶点是公用的，难道给每个顶点多个颜色吗？答：是的。

  比如v0这个顶点，它被三个面公用，分别是前面、上面、右面。那么也就意味着它会有三个颜色，因为我们要让立方体每个表面都是一个颜色。回顾一下上一讲我们是怎么给顶点颜色的：

//顶点和颜色
let verticesColors = new Float32Array([1.0, 1.0, 1.0,   1.0,1.0,1.0,//v0 近平面 右上 颜色-1.0, 1.0, 1.0,   1.0,0.0,1.0,//v1 近平面 左上 颜色-1.0,-1.0, 1.0,   1.0,0.0,1.0,//v2 近平面 左下 颜色1.0,-1.0, 1.0,   1.0,1.0,0.0,//v3 近平面 右下 颜色1.0,-1.0,-1.0,   1.0,0.0,1.0,//v4 远平面 右下 颜色-1.0,-1.0,-1.0,   1.0,1.0,1.0,//v5 远平面 左下 颜色-1.0, 1.0,-1.0,   0.0,0.0,1.0,//v6 远平面 左上 颜色1.0, 1.0,-1.0,   0.0,1.0,1.0 //v7 远平面 右上 颜色
]);
//顶点索引
let indices = new Uint8Array([0,1,2,  0,2,3,//近平面4,5,6,  4,6,7,//远平面1,2,5,  1,5,6,//左平面0,3,4,  0,4,7,//右平面3,4,2,  3,5,2,//下平面0,7,6,  0,1,6 //上平面
]);

  现在一个顶点三个颜色，那岂不是说顶点不够用了？是的，所以每个顶点我们要写三次。也就是说，这次顶点不能公用了。我们对上述代码进行修改

const verticesColors = new Float32Array([// 前面-1.0, -1.0,  1.0,     1.0, 0.0,1.0,//v2 红色1.0, -1.0,  1.0,     1.0, 0.0,1.0,//v3 红色1.0,  1.0,  1.0,     1.0, 0.0,1.0,//v0 红色-1.0,  1.0,  1.0,     1.0, 0.0,1.0,//v1 红色// 后面-1.0, -1.0, -1.0,     0.0, 1.0, 0.0,//v5 绿色1.0, -1.0, -1.0,     0.0, 1.0, 0.0,//v4 绿色1.0,  1.0, -1.0,     0.0, 1.0, 0.0,//v7 绿色-1.0,  1.0, -1.0,     0.0, 1.0, 0.0,//v6 绿色// 上面-1.0,  1.0,  1.0,     0.0, 0.0,1.0,//v1 蓝色1.0,  1.0,  1.0,     0.0, 0.0,1.0,//v0 蓝色1.0,  1.0, -1.0,     0.0, 0.0,1.0,//v7 蓝色-1.0,  1.0, -1.0,     0.0, 0.0,1.0,//v6 蓝色// 下面-1.0, -1.0,  1.0,     0.0, 0.0,0.0,//v2 黑色1.0, -1.0,  1.0,     0.0, 0.0,0.0,//v3 黑色1.0, -1.0, -1.0,     0.0, 0.0,0.0,//v4 黑色-1.0, -1.0, -1.0,     0.0, 0.0,0.0,//v5 黑色// 左面-1.0, -1.0, -1.0,     0.0, 1.0,1.0,//v5 青色-1.0, -1.0,  1.0,     0.0, 1.0,1.0,//v2 青色-1.0,  1.0,  1.0,     0.0, 1.0,1.0,//v1 青色-1.0,  1.0, -1.0,     0.0, 1.0,1.0,//v6 青色// 右面1.0, -1.0,  1.0,     1.0, 1.0,1.0,//v3 白色1.0, -1.0, -1.0,     1.0, 1.0,1.0,//v4 白色1.0,  1.0, -1.0,     1.0, 1.0,1.0,//v7 白色1.0,  1.0,  1.0,     1.0, 1.0,1.0,//v0 白色
]);
//顶点索引
let indices = new Uint8Array([0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面20, 21, 22, 20, 22, 23  // 右面
]);

  看下效果，prefect！

3 纹理映射介绍

  其实这个词语还是比较好理解。见名知意，大概意思就是把纹理映射到某个地方，纹理是什么？现在你可以简单的认为纹理就是一张图片。把一张二维的图片映射到一个三维物体的表面，就叫纹理映射。

4 怎么映射？

  很简单，你只需要将立方体的的和图片的位置对应起来告诉WebGL就可以了。比如立方体的左上角对应图片的左上角，立方体右上角对应图片右上角，左下角、右下角类似。那么中间的怎么办？中间的WebGL会自动帮我们去映射。纹理坐标我们用uv来表示，相当于xy。不论图片是什么尺寸的，图片的左下角uv始终是【0，0】，右上角始终是【1，1】，这一点也是WebGL帮我们实现的。

5 开始绘制

5.1 声明顶点着色器和片元着色器

<script id="vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">//顶点位置attribute vec4 a_Position;//纹理坐标attribute vec2 a_TexCoord;//传递纹理坐标varying vec2 v_TexCoord;void main(){gl_Position = a_Position;//直接将纹理坐标赋值给传递变量v_TexCoord = a_TexCoord;}
</script>
<script id="fragment-shader" type="x-shader/x-fragment">precision highp float;//采样器，固定写法uniform sampler2D u_Sampler;//接收顶点着色器传过来的值varying vec2 v_TexCoord;void main(){//到某个纹理坐标去采样，也是固定写法gl_FragColor = texture2D(u_Sampler,v_TexCoord);}
</script>

5.2 修改顶点的颜色为纹理坐标

  前面我们给立方体的表面赋值的是颜色，现在我们把它变为纹理坐标

const verticesColors = new Float32Array([// 前面-1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v2 图片左下角纹理坐标1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v3 图片左下角纹理坐标1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v0 图片右下角纹理坐标-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v1 图片左上角纹理坐标// 后面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 上面-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v1 同上1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v0 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 下面-1.0, -1.0, 1.0,   0.0, 0.0,//v2 同上1.0,  -1.0, 1.0,   1.0, 0.0,//v3 同上1.0,  -1.0,-1.0,   1.0, 1.0,//v4 同上-1.0, -1.0,-1.0,   0.0, 1.0,//v5 同上// 左面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上-1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v2 同上-1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v1 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 右面1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v3 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v0 同上
]);const indices = new Uint8Array([0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面20, 21, 22, 20, 22, 23  // 右面
]);

5.3 指定顶点位置和纹理坐标的值

 //顶点let vertexColorBuffer = gl.createBuffer();gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexColorBuffer);gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,verticesColors,gl.STATIC_DRAW);let FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;let a_Position = gl.getAttribLocation(program,'a_Position');gl.vertexAttribPointer(a_Position,3,gl.FLOAT,false,FSIZE*5,0);gl.enableVertexAttribArray(a_Position);//指定纹理坐标值let a_TexCoord = gl.getAttribLocation(program,'a_TexCoord');gl.vertexAttribPointer(a_TexCoord,2,gl.FLOAT,false,5*FSIZE,3*FSIZE);gl.enableVertexAttribArray(a_TexCoord);

5.4 获取图片成功后进行绘制

let image = new Image();
image.src = 'static/sky.jpg';
image.onload = function(){console.log('image ok');//创建纹理对象let texture = gl.createTexture();//获取采样器let u_Sampler = gl.getUniformLocation(program,'u_Sampler');//反转Y轴，canvas的Y轴和WebGL的Y轴方向是反的gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL,1);//启用0号纹理gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D,texture);//设置纹理为，缩小纹理时，取纹理坐标周围四个像素的颜色均值gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D,gl.TEXTURE_MIN_FILTER,gl.LINEAR);//设置对象使用的图片，mipmap层级，图像的格式，纹理的格式，纹理数据类型，图片gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D,0,gl.RGB,gl.RGB,gl.UNSIGNED_BYTE,image);//将0号纹理赋值给采样器gl.uniform1i(u_Sampler,0);//绑定索引缓冲let indexBuffer =  gl.createBuffer();gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indexBuffer);gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indices,gl.STATIC_DRAW);//清空颜色缓冲和深度缓冲gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);//绘制//顶点索引数组如果是Uint8Array，就是UNSIGNED_BYTE，表示数组里的值在0-2^8-1(255)//................Uint16Array,就是UNSIGNED_SHORT，表示数组里的值在0-2^16-1(65535)//................Uint32Array,就是UNSIGNED_INT，表示数组里的值在0-2^32-1(4294967295)gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);
};

5.5 效果

  为了能看到明显的效果，我将立方体进行了旋转，具体如何旋转，我们后面的文章会进行介绍。

5.6 完整代码

// Create a cube
//    v6----- v7
//   /|      /|
//  v1------v0|
//  | |     | |
//  | |v5---|-|v4
//  |/      |/
//  v2------v3
const verticesColors = new Float32Array([// 前面-1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v2 图片左下角纹理坐标1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v3 图片左下角纹理坐标1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v0 图片右下角纹理坐标-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v1 图片左上角纹理坐标// 后面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 上面-1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v1 同上1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v0 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 下面-1.0, -1.0, 1.0,   0.0, 0.0,//v2 同上1.0,  -1.0, 1.0,   1.0, 0.0,//v3 同上1.0,  -1.0,-1.0,   1.0, 1.0,//v4 同上-1.0, -1.0,-1.0,   0.0, 1.0,//v5 同上// 左面-1.0, -1.0, -1.0,   0.0, 0.0,//v5 同上-1.0, -1.0,  1.0,   1.0, 0.0,//v2 同上-1.0,  1.0,  1.0,   1.0, 1.0,//v1 同上-1.0,  1.0, -1.0,   0.0, 1.0,//v6 同上// 右面1.0, -1.0,  1.0,   0.0, 0.0,//v3 同上1.0, -1.0, -1.0,   1.0, 0.0,//v4 同上1.0,  1.0, -1.0,   1.0, 1.0,//v7 同上1.0,  1.0,  1.0,   0.0, 1.0,//v0 同上
]);const indices = new Uint8Array([0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面8, 9, 10, 8, 10, 11, // 上面12, 13, 14, 12, 14, 15, // 下面16, 17, 18, 16, 18, 19, // 左面20, 21, 22, 20, 22, 23  // 右面
]);
gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
//顶点
let vertexColorBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER,vertexColorBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER,verticesColors,gl.STATIC_DRAW);
let FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;
let a_Position = gl.getAttribLocation(program,'a_Position');
gl.vertexAttribPointer(a_Position,3,gl.FLOAT,false,FSIZE*5,0);
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
//指定纹理坐标值
let a_TexCoord = gl.getAttribLocation(program,'a_TexCoord');
gl.vertexAttribPointer(a_TexCoord,2,gl.FLOAT,false,5*FSIZE,3*FSIZE);
gl.enableVertexAttribArray(a_TexCoord);
let image = new Image();
image.src = 'static/sky.jpg';
image.onload = function(){console.log('image ok');//创建纹理对象let texture = gl.createTexture();//获取采样器let u_Sampler = gl.getUniformLocation(program,'u_Sampler');//反转Y轴，canvas的Y轴和WebGL的Y轴方向是反的gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL,1);//启用0号纹理gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D,texture);//设置纹理为，缩小纹理时，取纹理坐标周围四个像素的颜色均值gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D,gl.TEXTURE_MIN_FILTER,gl.LINEAR);//设置对象使用的图片，mipmap层级，图像的格式，纹理的格式，纹理数据类型，图片gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D,0,gl.RGB,gl.RGB,gl.UNSIGNED_BYTE,image);//将0号纹理赋值给采样器gl.uniform1i(u_Sampler,0);//绑定索引缓冲let indexBuffer =  gl.createBuffer();gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indexBuffer);gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,indices,gl.STATIC_DRAW);//清空颜色缓冲和深度缓冲gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);//绘制//顶点索引数组如果是Uint8Array，就是UNSIGNED_BYTE，表示数组里的值在0-2^8-1(255)//................Uint16Array,就是UNSIGNED_SHORT，表示数组里的值在0-2^16-1(65535)//................Uint32Array,就是UNSIGNED_INT，表示数组里的值在0-2^32-1(4294967295)gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);
};

6 总结

  本节我们从如何将立方体每个面的颜色改为相同的颜色开始，介绍到了如何将图片贴到立方体的表面，系统的分析了为什么不能再共用顶点，并将代码进行了修改，以及讲解了纹理坐标的使用。这一节的内容相对较多，但理解起来并不难，希望读者认真体会，回见~