webGL开发：3D图形学概念大扫盲，恍然大悟。

一、3D图形学及常用概念

3D图形学是研究和开发用于创建、渲染和处理三维图形的学科领域。它涉及到计算机图形学、数学、物理学和计算机科学等多个学科的知识和技术。

在3D图形学中，主要关注的是如何使用计算机生成和呈现逼真的三维图像。这包括创建三维模型、应用材质和纹理、设置光照和阴影效果，以及进行相机投影和视点变换等操作。3D图形学可以应用于各种领域，如电影和动画制作、游戏开发、虚拟现实、建筑设计、医学图像处理等。

以下是一些3D图形学中常用的概念和技术：

三维模型：三维模型是指用于表示物体的三维几何形状的数据结构。常见的三维模型表示方法包括多边形网格（Polygon Mesh）、曲面（NURBS）、体素（Voxel）等。
渲染：渲染是指将三维模型转化为二维图像的过程。这包括光照计算、阴影生成、纹理映射、透明度处理等操作，以及相机投影和视点变换等技术。
光照和阴影：光照是模拟光的效果，使三维模型看起来更加逼真。阴影则是模拟物体之间的遮挡效果。光照和阴影技术可以通过计算光源、材质属性和物体之间的相互作用来实现。
纹理映射：纹理映射是将图像或纹理应用到三维模型表面的技术。通过纹理映射，可以为模型赋予表面细节和材质效果，使其看起来更加真实。
相机投影和视点变换：相机投影是将三维场景投影到二维屏幕上的过程。视点变换则是通过改变相机的位置和方向来改变观察场景的视角。
动画和变形：动画是指在一段时间内连续变化的三维图像。变形是指改变三维模型的形状和结构，以实现形变效果。动画和变形技术可以通过关键帧插值、骨骼动画、蒙皮等方式来实现。

这些是3D图形学中常用的概念和技术。通过研究和应用这些知识，可以创建出逼真的三维图像，并为用户提供沉浸式的视觉体验。

二、webGL中用的3D图形学概念

WebGL是一种基于OpenGL ES的Web图形库，它允许在Web浏览器中使用JavaScript进行3D图形开发。通过WebGL，开发者可以利用计算机的GPU来进行高性能的图形渲染，创建出逼真的3D图形和交互式的用户界面。

下面是一些WebGL开发中常用的3D图形学概念和技术：

顶点和片元着色器：WebGL使用着色器来进行图形渲染。顶点着色器负责处理顶点数据，例如位置、颜色和法线等信息。片元着色器则负责处理像素级别的操作，例如光照计算和纹理贴图等。
顶点缓冲区对象（VBO）：VBO是一种用于存储顶点数据的缓冲区对象。开发者可以将顶点数据（例如位置、颜色和纹理坐标等）存储在VBO中，然后通过顶点着色器来读取和处理这些数据。
索引缓冲区对象（IBO）：IBO用于存储顶点索引数据，它可以帮助减少重复的顶点数据存储，提高渲染性能。通过IBO，开发者可以定义一组顶点的顺序，以便在绘制时按照指定的顺序进行渲染。
纹理映射：纹理映射是一种将图像或纹理应用到3D模型表面的技术。开发者可以将纹理图像加载到WebGL中，并在片元着色器中使用纹理坐标来获取纹理上的颜色值，从而实现真实感的材质效果。
光照和阴影：光照是模拟光的效果，使3D模型看起来更加逼真。WebGL支持不同类型的光源，开发者可以在片元着色器中计算光照效果。阴影则是模拟物体之间的遮挡效果，常见的阴影算法包括平面阴影和投影阴影等。
变换和投影：WebGL允许开发者对3D模型进行变换和投影操作，例如平移、旋转和缩放等。通过变换和投影，开发者可以控制模型的位置、方向和大小，以实现所需的场景效果。

这些是WebGL开发中涉及到的一些3D图形学概念和技术。通过学习和应用这些知识，开发者可以创建出令人惊叹的3D图形应用程序，并为用户提供沉浸式的视觉体验。

三、webGL渲染3D图形的底层原理

WebGL是一种基于OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）的图形库，用于在Web浏览器中渲染3D图形。它使用JavaScript API，允许开发者通过在Web页面上嵌入的<canvas>元素中进行绘制和渲染。

WebGL的底层原理涉及到以下几个方面：

图形管线（Graphics Pipeline）：WebGL使用图形管线来处理3D图形的渲染过程。图形管线由两个主要阶段组成：顶点处理和片元处理。

顶点处理阶段：在这个阶段，WebGL会接收开发者提供的3D模型的顶点数据，并对其进行变换和投影操作。这包括平移、旋转、缩放和相机投影等操作，以将3D模型的顶点转换为屏幕上的坐标。
片元处理阶段：在这个阶段，WebGL会根据顶点处理阶段的输出以及光照、纹理和材质等信息，计算出每个像素的颜色值。这个阶段还包括深度测试、透明度处理和阴影计算等操作。

顶点缓冲区（Vertex Buffer）：WebGL使用顶点缓冲区来存储和管理3D模型的顶点数据。开发者可以将顶点数据存储在顶点缓冲区中，并通过绑定和使用缓冲区对象来传递数据到图形管线中进行处理。
着色器（Shader）：WebGL使用着色器来进行顶点处理和片元处理。着色器是一段运行在GPU上的小程序，开发者可以使用GLSL（OpenGL Shading Language）编写着色器代码，并将其编译和链接到WebGL程序中。顶点着色器负责处理顶点数据，片元着色器负责处理像素数据。
纹理映射（Texture Mapping）：WebGL支持纹理映射技术，允许开发者将图像或纹理应用到3D模型的表面上。通过纹理映射，可以为模型赋予表面细节和材质效果，使其看起来更加真实。
GPU加速（GPU Acceleration）：WebGL利用GPU（图形处理单元）的并行计算能力来加速3D图形的渲染过程。GPU可以同时处理多个像素和顶点的计算，从而提高渲染性能和效率。

这些是WebGL渲染3D图形的底层原理。通过理解和应用这些原理，开发者可以更好地控制和优化3D图形的渲染过程，实现更高质量和更流畅的视觉效果。

四、webGL渲染3D图形的过程描述

WebGL渲染3D图形的过程可以大致分为以下几个步骤：

创建WebGL上下文：首先，需要在HTML页面中创建一个<canvas>元素，并通过JavaScript代码获取该元素的上下文（context）。这个上下文将用于后续的图形绘制和渲染操作。
准备顶点数据：在WebGL中，3D模型的顶点数据通常存储在一个顶点缓冲区（vertex buffer）中。开发者需要将模型的顶点数据存储到这个缓冲区中，以便WebGL能够使用它进行渲染。顶点数据包括顶点的位置、法向量、纹理坐标等信息。
编写顶点着色器：顶点着色器是一段运行在GPU上的小程序，用于处理模型的顶点数据。开发者需要使用GLSL（OpenGL Shading Language）编写顶点着色器代码。顶点着色器主要负责对顶点进行变换和投影操作，将3D模型的顶点转换为屏幕上的坐标。
编写片元着色器：片元着色器也是一段运行在GPU上的小程序，用于处理模型的片元（像素）数据。开发者同样需要使用GLSL编写片元着色器代码。片元着色器主要负责计算每个像素的颜色值，包括光照、纹理映射、材质效果等。
创建着色器程序：将顶点着色器和片元着色器组合成一个着色器程序。开发者需要创建一个着色器程序对象，并将顶点着色器和片元着色器链接到这个程序对象中。
设置渲染状态：在进行渲染之前，需要设置一些渲染状态，如清空颜色缓冲区、启用深度测试等。这些状态设置将影响渲染结果的呈现和效果。
绘制图形：通过调用WebGL上下文的绘制函数，将顶点数据和着色器程序传递给WebGL进行渲染。WebGL会根据顶点数据和着色器程序，按照图形管线的流程进行顶点处理和片元处理，最终将渲染结果显示在<canvas>元素上。
更新动画和交互：如果需要实现动画效果或用户交互，开发者可以通过更新顶点数据、修改着色器参数等方式，不断更新和重新绘制图形，以实现动态的效果和交互体验。