在three.js中创建自定义着色器

发布时间: 2024-02-10 11:49:27 阅读量: 49 订阅数: 23

three.js着色器材质的内置变量示例详解

在Three.js中，着色器材质是用于定义物体表面颜色和外观的核心组件。它们允许开发者在WebGL渲染管线中自定义顶点和像素处理过程，从而实现更复杂的视觉效果。着色器通常由两个部分组成：顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）。顶点着色器负责处理几何体的顶点数据，包括位置、法线、纹理坐标等，并计算出最终在屏幕上显示的顶点位置。片段着色器则负责计算每个像素的颜色，它接收到顶点着色器处理后的结果，并根据场景光照、纹理等因素生成最终的像素颜色。内置变量是着色器中预定义的变量，可以直接在着色器代码中使用，无需手动声明。以下是几个Three.js中的关键内置变量： 1. `gl_PointSize`: 这是一个浮点型变量，仅在点渲染模式中有效。它用于设置绘制的点在屏幕上占用的像素大小。例如，设置`gl_PointSize = 10.0;`将使点的直径为10像素。 2. `gl_Position`: 这是一个四元组（vec4）变量，表示经过视图和投影变换后的顶点位置。`gl_Position`的值通常是模型视图矩阵乘以投影矩阵再乘以顶点位置的结果，用于确定顶点在裁剪空间中的位置。 3. `gl_FragColor`: 这是一个四元组（vec4）变量，用于设置片段着色器输出的颜色。其四个分量分别代表红、绿、蓝和透明度（Alpha），默认值为`(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)`，即黑色且不透明。 4. `gl_FragCoord`: 这是一个二维向量（vec2）变量，表示当前片段在canvas画布上的像素坐标。这个坐标系统的原点位于画布的左上角，X轴向右，Y轴向下，单位为像素。可以利用这个变量进行基于屏幕位置的条件渲染，比如在屏幕左侧渲染红色，在右侧渲染黄色。 5. `gl_PointCoord`: 这是另一个二维向量（vec2）变量，但在点渲染模式下才有效。它表示点渲染的当前像素相对于该点所占据的方形区域的坐标，范围从`[0,1]`，可用于在点渲染时执行基于位置的纹理映射或其他效果。理解并熟练运用这些内置变量，可以极大地增强Three.js中的着色器编程能力，实现更多创新和独特的视觉效果。在实际项目中，开发者可以根据需求调整这些变量，创建出动态、交互的3D场景。例如，可以使用`gl_FragCoord`实现鼠标点击检测，或者通过`gl_PointSize`和`gl_PointCoord`来实现点渲染的自定义纹理效果。在实践中不断探索，将使你更好地掌握着色器的精髓，创造出令人惊叹的3D世界。

# 1. 简介 ## 1.1 什么是three.js three.js是一个基于WebGL的JavaScript 3D库，可以用来创建复杂的3D场景，在网页中展示动态的3D模型、动画和交互体验。 ## 1.2 什么是自定义着色器自定义着色器是在three.js中用来控制渲染效果的重要手段。它可以让开发者自定义物体的渲染方式，实现更加个性化的视觉效果，例如实现各种特殊的光照效果、材质效果等。 ## 1.3 自定义着色器的优势和应用场景自定义着色器的优势在于可以将渲染的控制权交给开发者，实现更加灵活的渲染效果。在游戏开发、数据可视化、艺术创作等领域都有着广泛的应用场景。通过自定义着色器，可以实现卡通风格、水彩画效果、像素化效果等各种独特的视觉效果。 # 2. 准备工作在开始创建自定义着色器之前，我们首先要进行一些准备工作来搭建环境和设置基本的HTML结构。 ### 2.1 下载并引入three.js库首先，我们需要下载并引入three.js库，它是一个用于创建和渲染3D图形的JavaScript库。你可以在[官方网站](https://threejs.org/)上下载最新版本的three.js库。下载完成后，将其解压并将`three.js`文件复制到你项目的文件夹中。然后，在HTML文档中的`<head>`标签内，使用以下代码引入three.js库： ```html <script src="路径/three.js"></script> ``` 记得将`路径`替换为你自己three.js文件所在的路径。 ### 2.2 创建基本的HTML结构接下来，我们需要创建一个基本的HTML结构，用于显示渲染好的3D图形。在`<body>`标签内，添加一个`<canvas>`元素，用于渲染器显示场景中的内容。同时，设置该`<canvas>`元素的`id`属性为`"canvas"`，以便在JavaScript代码中进行引用。 ```html <body> <canvas id="canvas"></canvas> </body> ``` ### 2.3 设置渲染器和场景在JavaScript代码中，我们需要创建一个渲染器和一个场景，用于渲染和展示3D图形。首先，创建一个`renderer`变量并使用`THREE.WebGLRenderer`类来实例化一个WebGL渲染器。 ```js const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ canvas: document.getElementById("canvas") }); ``` 接下来，设置渲染器的大小，我们将其设置为与浏览器窗口大小相同。 ```js renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight); ``` 然后，创建一个`scene`变量并使用`THREE.Scene`类来实例化一个场景。 ```js const scene = new THREE.Scene(); ``` 最后，我们需要创建一个相机，用于观察场景中的物体。这里我们使用透视相机`THREE.PerspectiveCamera`，并设置其位置和镜头朝向。 ```js const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000); camera.position.z = 5; ``` 到此为止，我们已经完成了准备工作，现在可以继续进行后续的自定义着色器的创建和应用了。 # 3. **3. 创建自定义着色器** 在这一章节中，我们将学习如何创建自定义着色器，并将其应用到物体上。 **3.1 了解着色器语言GLSL** 在开始创建自定义着色器前，我们先来了解一下着色器语言GLSL（OpenGL Shading Language）。GLSL是一种用于编写图形着色器和计算着色器的高级着色器语言。它与C语言具有相似的语法和结构。通常，着色器由两部分组成：顶点着色器（Vertex Shader）和片元着色器（Fragment Shader）。顶点着色器处理顶点的属性和位置，而片元着色器处理像素的颜色和光照。 **3.2 创建顶点着色器** 让我们来创建一个简单的顶点着色器，该着色器将顶点的位置传递给片元着色器。在代码中，我们使用了vec3类型的变量`position`来表示顶点的位置，通过`attribute`关键字来声明该变量。 ```javascript // 顶点着色器 const vertexShader = ` attribute vec3 position; void main() { gl_Position = projectionMatrix * mo ```

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