（二）WebGL的渲染管线初识

WebGL的渲染管线可以被看作是将一组数据（例如模型、纹理、颜色等）经过一系列处理阶段，终极天生图像并表如今屏幕上的过程。为了资助你明白这一过程，我将通过一个普通易懂的移动例子来一步步详细解说WebGL 的渲染管线及其关键绘制原理。
  1. 基础概念

在 WebGL 中，渲染管线是由多个阶段构成的，每个阶段都对数据举行处理，终极将这些数据转化为屏幕上可见的像素。大致来说，渲染管线可以分为以下几个阶段：

• 极点阶段（Vertex Stage）
  
• 光栅化阶段（Rasterization Stage）
  
• 片断阶段（Fragment Stage）
  
• 输出合成阶段（Output Stage）
  
  
  
  

2. 举例阐明

假设你正在开发一个基于 WebGL 的 3D 游戏，此中玩家可以操控一辆车（这个车有一个3D模型）在一个虚拟城市中移动。渲染管线就像一辆生产车间，通过多个工序把原质料（数据）加工成一辆车（终极表现的图像）。
第一步：准备数据（极点数据）

首先，我们需要有车子模型的极点数据。这个数据包罗了车子的各个部件的 3D 坐标（如车身、轮胎等）。这些坐标通常会存储在一个数组或缓冲区中。这些极点数据在 WebGL 中一般被称为 极点缓冲区。

1. const vertices = [
2.     // 顶点坐标：X, Y, Z
3.     -0.5, -0.5, 0.0,  // 顶点1
4.     0.5, -0.5, 0.0,   // 顶点2
5.     0.0, 0.5, 0.0     // 顶点3
6. ];

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第二步：极点着色器（Vertex Shader）

极点着色器是渲染管线中的第一个阶段。在这个阶段，WebGL 会读取每一个极点的数据，并对它们举行一系列处理。好比，极点的位置大概会经过 坐标变换（例如从模型空间变换到世界空间，再变换到裁剪空间），还可以给每个极点添加颜色、法线等附加数据。
在我们的例子中，极点着色器会吸取车子模型的极点坐标，然后举行这些处理。

1. const vertexShaderSource = `
2.     attribute vec3 a_position;
3.     uniform mat4 u_modelViewMatrix;
4.     uniform mat4 u_projectionMatrix;
5.     void main(void) {
6.         gl_Position = u_projectionMatrix * u_modelViewMatrix * vec4(a_position, 1.0);
7.     }
8. `;

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在这个着色器中，我们将极点位置与 模型视图矩阵 和 投影矩阵 相乘，得出一个新的极点坐标，终极通过 gl_Position 传递给渲染管线的下一个阶段。
第三步：光栅化（Rasterization）

光栅化是将极点数据转换为片断的过程。这个阶段将通过极点着色器处理后天生的 图形原语（例如三角形） 转换为片断。光栅化的结果是一个个像素，这些像素将进入片断着色器举行进一步处理。
在我们的例子中，车子的模型在渲染时会天生多个三角形（webgl的世界中物体都是三角片构成的），而光栅化阶段将每个三角形转换为一个个小的片断（像素）。
第四步：片断着色器（Fragment Shader）

片断着色器负责计算每个片断（像素）的终极颜色值。在这个阶段，我们可以为每个像素举行纹理映射、光照计算、颜色混合等处理。
假设车子的颜色是根据纹理来渲染的，片断着色器会读取纹理图像并根据该图像计算每个像素的终极颜色。

1. const fragmentShaderSource = `
2.     precision mediump float;
3.     uniform sampler2D u_texture;
4.     varying vec2 v_texCoord;
5.     void main(void) {
6.         gl_FragColor = texture2D(u_texture, v_texCoord);
7.     }
8. `;

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在这个片断着色器中，我们从纹理中获取颜色，并将其作为终极输出颜色表如今屏幕上。
第五步：输出合成（Output Stage）

最后，经过片断着色器处理后的像素会进入帧缓冲（Frame Buffer）。WebGL 利用帧缓冲来存储终极的图像数据，然后将其渲染到屏幕上。
3. WebGL 渲染流程示意图

• 极点数据输入：将模型的极点数据加载到 GPU。
  
• 极点着色器处理：极点数据通过极点着色器，举行坐标变换、光照计算等处理。
  
• 光栅化：极点着色器输出的图形原语（如三角形）被光栅化为片断（像素）。
  
• 片断着色器处理：每个片断的颜色、纹理等计算。
  
• 输出到帧缓冲：片断的颜色被写入帧缓冲，终极表如今屏幕上。
  
  
  
  

4. WebGL 绘制原理

WebGL 的绘制过程现实上是由 GPU 完成的，而不是 CPU。渲染管线中许多操纵（如矩阵变换、颜色计算等）都是通过着色器程序（极点着色器和片断着色器）来完成的，这些程序运行在 GPU 上，包管了图形的高效渲染。

• 极点缓冲区：存储极点数据，用于传递给极点着色器。
  
• 着色器程序：极点着色器和片断着色器界说了图形的渲染规则。
  
• 帧缓冲：用于存储终极的渲染结果。
  

5. 总结

WebGL 渲染管线就像是一个工厂，通过多个工序将车子的各个部件（极点、颜色、纹理等）加工成一辆完成的车（即终极的图像）。每个阶段都在 GPU 上处理大量数据，使得图形渲染高效且快速。极点着色器、光栅化和片断着色器是关键的处理步骤，它们共同决定了终极表现效果。

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