WebGL之绘制三维地球

通过Three.js也许可以很方便的展现出3D模型，但是你知道它是怎样一步一步从构建网格到贴图到最终渲染出3D模型的吗？现在我们直接使用底层的webgl加上一点点的数学知识即可以实现它。

本节实现的效果: WebGL三维地球

earth3d

内容大纲

1. 构建网格

2. 编写着色器

3. 实现3D地球

构建网格

首先我们要建立球体的三维模型，三维网格模型包括如下属性（不熟习请复习webgl教程）：

• 顶点(position)
• 法线(normal)
• 贴图坐标(uv)
• 顶点索引(indices)

最后要构建出如下所示的经纬球模型

经纬球

首先可以从xy平面构建圆形，接着再从xz平面将圆形转化为圆球，这其中只要使用到三角函数而已，是不是非常简单。

• 法线使用的是顶点坐标，由于法线与顶点其实方向是一致的
• 顶点索引为6个点，是由于每个面由两个三角形构成
• 贴图uv坐标不需要深度信息，它对应上贴图的xy坐标就可

下面就是构建网格模型的基本逻辑:

const radius = 8;//半径const n = 20;//经纬度格数const position = [];//顶点const normal = [];//法线const texcoord = [];//uv坐标const indices = [];//顶点索引let x, y, z;for (let i = 0; i < n; i++) {  const rad = Math.PI / n * i - Math.PI / 2;//从-90度开始计算  const r = radius * Math.cos(rad);  y = radius * Math.sin(rad);  for (let j = 0; j < n; j++) {    x = r * Math.sin(xRadian * j);    z = r * Math.cos(xRadian * j);    position.push(x, y, z);    texcoord.push(j / n, i / n);    normal.push(x, y, z); //顶点作为法线，法线从圆心360度放射    const c = i * (n + 1) + j    indices.push(c, c + 1, c + l + 1, c, c + l + 1, c + l);//平面的索引  }}

编写着色器

和普通着色器相比，只是添加了uv坐标，uv直接通过顶点着色器差值透传到片段着色器就可，在片段着色器使用texture2D函数获取uv坐标对应的颜色，整体上也是比较基础。

// 顶点着色器attribute vec4 aPosition;attribute vec4 aNormal;attribute vec2 aTexcoord;uniform mat4 modelMatrix;uniform mat4 vpMatrix;varying vec3 fragPos;varying vec3 fragNor;varying vec2 texcoord;void main() {  gl_Position = vpMatrix * modelMatrix * aPosition;  fragPos= vec3(modelMatrix * aPosition);  fragNor = vec3(modelMatrix * aNormal);  texcoord = aTexcoord;}// 片段着色器precision mediump float;uniform vec3 viewPos;uniform vec3 lightPos;uniform vec3 lightColor;uniform vec3 ambientColor;uniform sampler2D diffMap;varying vec3 fragPos;varying vec3 fragNor;varying vec2 texcoord;void main() {    vec3 normal = normalize(fragNor);    vec3 color = texture2D(diffMap, texcoord).rgb;        // 光线方向    vec3 lightDir = normalize(lightPos - fragPos);    // 光线方向和法向量夹角    float cosTheta = max(dot(lightDir, normal), 0.0);    // 漫反射    vec3 diffuse = lightColor * color * cosTheta;        // 环境光    // ...    // 高光    // ...    gl_FragColor = vec4(ambient + diffuse + specular, 1.0);}

实现3D地球

最后实现部分就和之前的webgl基本逻辑一致，不过要准备好地球贴图

地图

图片加载完将构建好的贴图sampler传入着色器就可，其余都是基础业务逻辑，不再详述，这样我们就将三维地球实现了

//...const vpMatrix = m4.identity();const uniforms = {   modelMatrix: m4.identity(),   lightPos: [20, 0, -20],   lightColor: [1, 1, 1],   ambientColor: [0.5, 0.5, 0.5],};gl.clearColor(0.1, 0.1, 0.1, 1);gl.enable(gl.DEPTH_TEST);//深度测试gl.enable(gl.CULL_FACE);//背面剔除gl.viewport(0, 0, canvas.width, canvas.height); //设置绘图区域gl.useProgram(program.program);function animate() {   gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);   m4.multiply(projection, m4.inverse(m4.lookAt(eye, [0, 0, 0], [0, 1, 0])), vpMatrix);   setBuffersAndAttributes(gl, vao);   setUniforms(program, { vpMatrix });   drawBufferInfo(gl, vao);   gl.bindVertexArray(null);   requestAnimationFrame(animate);};//加载贴图后执行createTexture(gl, { src: '/img/earth.jpg', flipY: true }, texture => {   uniforms.diffMap = texture;   setUniforms(program, uniforms );   animate();});