three.js着色器材质的内置变量示例详解

什么是着色器？

固定渲染管线： ——标准的几何&光照(T&L)管线，功能是固定的，它控制着世界、视、投影变换及固定光照控制和纹理混合。T&L管线可以被渲染状态控制，矩阵，光照和采制参数。如果有了固定渲染管线，编写程序就比较容易了，因为所有的变换都是由固定渲染管线来完成的，但是缺点就是自由度低。固定渲染管线只能完成一些最基本的操作，如果想要做一些特殊的处理，就比较麻烦了。

可编辑渲染管线：——WebGL中不存在固定渲染管线，坐标变换必须全部由自己来做，这个记述了坐标变换的机制就叫做着色器(Shader)，这样可以由程序员控制的机制叫做可编辑渲染管线。而着色器又有 处理几何图形顶点的顶点着色器和处理像素的片段着色器两种类型。由于WebGL中没有固定管线，所以必须准备好顶点着色器和片段着色器。

这篇郭先生说一下three.js着色器的内置变量，分别是

1. gl_PointSize：在点渲染模式中，控制方形点区域渲染像素大小（注意这里是像素大小，而不是three.js单位，因此在移动相机是，所看到该点在屏幕中的大小不变）
2. gl_Position：控制顶点选完的位置
3. gl_FragColor：片元的RGB颜色值
4. gl_FragCoord：片元的坐标，同样是以像素为单位
5. gl_PointCoord：在点渲染模式中，对应方形像素坐标

他们或者单个出现在着色器中，或者组团出现在着色器中，是着色器的灵魂。下面来分别说一说他们的意义和用法。

1. gl_PointSize

gl_PointSize内置变量是一个float类型，在点渲染模式中，顶点由于是一个点，理论上我们并无法看到，所以他是以一个正对着相机的正方形面表现的。使用内置变量gl_PointSize主要是用来设置顶点渲染出来的正方形面的相素大小（默认值是0）。

void main() {
 gl_PointSize = 10.0；
}

2. gl_Position

gl_Position内置变量是一个vec4类型，它表示最终传入片元着色器片元化要使用的顶点位置坐标。vec4(x,y,z,1.0),前三个参数表示顶点的xyz坐标值，第四个参数是浮点数1.0。

void main() {
 gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4( position, 1.0 );
}

3. gl_FragColor

gl_FragColor内置变量是vec4类型，主要用来设置片元像素的颜色，它的前三个参数表示片元像素颜色值RGB，第四个参数是片元像素透明度A，1.0表示不透明,0.0表示完全透明。

void main() {
 gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);
}

4. gl_FragCoord

gl_FragCoord内置变量是vec2类型，它表示WebGL在canvas画布上渲染的所有片元或者说像素的坐标，坐标原点是canvas画布的左上角，x轴水平向右，y竖直向下，gl_FragCoord坐标的单位是像素，gl_FragCoord的值是vec2(x,y),通过gl_FragCoord.x、gl_FragCoord.y方式可以分别访问片元坐标的纵横坐标。这里借了一张图

下面我们举个例子

fragmentShader: `
 void main() {
  if(gl_FragCoord.x < 600.0) {
   gl_FragColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);
  } else {
   gl_FragColor = vec4(1.0,1.0,0.0,1.0);
  }
 }
`

这里以600像素为分界，x值小于600像素的部分，材质被渲染成红色，大于的部分为黄色。

5. gl_PointCoord

gl_PointCoord内置变量也是vec2类型，同样表示像素的坐标，但是与gl_FragCoord不同的是，gl_FragCoord是按照整个canvas算的x值从[0,宽度]，y值是从[0,高度]。而gl_PointCoord是在点渲染模式中生效的，而它的范围是对应小正方形面，同样是左上角[0,0]到右下角[1,1]。

6. 内置变量练习

五个内置变量我们都大致的说了一遍，下面用一个小案例来试用一下除了gl_FragCoord的其他四个。先上图，在线案例请点击。

var planeGeom = new THREE.PlaneGeometry(1000, 1000, 100, 100);
uniforms = {
 time: {
  value: 0
 }
}
var planeMate = new THREE.ShaderMaterial({
 transparent: true,
 side: THREE.DoubleSide,
 uniforms: uniforms,
 vertexShader: `
    uniform float time;
  void main() {
   float y = sin(position.x / 50.0 + time) * 10.0 + sin(position.y / 50.0 + time) * 10.0;
   vec3 newPosition = vec3(position.x, position.y, y * 2.0 );
   gl_PointSize = (y + 20.0) / 4.0;
   gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4( newPosition, 1.0 );
  }
 `,
 fragmentShader: `
  void main() {
   float r = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5));
   if(r < 0.5) {
    gl_FragColor = vec4(0.0,1.0,1.0,1.0);
   }
  }
 `
})
var planeMesh = new THREE.Points(planeGeom, planeMate);
planeMesh.rotation.x = - Math.PI / 2;
scene.add(planeMesh);

好了这篇就说到这了，再见。

总结