webgl第19课-动画基础-旋转

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上一节课我们学习了高级变换--图形的复合变换

这一节课我们将学习动画的基础

在前面我们学习了怎么去用数学表达式、矩阵运算、矩阵函数库去绘制点、三角形等一些图形

下面我们开始进阶了，我们开始讲在这些的基础上，让他们能动起来

下面让我们来看看动画基础教程：

动画的原理：

具体的说：用户以前可能看过组成电影的实际胶片。从表面上看，它们像一堆画面串在一条塑料胶片上。每一个画面称为一帧，代表电影中的一个时间片段。这些帧的内容总比前一帧有稍微的变化，这样，当电影胶片在投影机上放映时就产生了运动的错觉：每一帧都很短并且很快被另一个帧所代替，这样就产生了运动。

在webgl中也是一样的，就是不断的清除和重绘一个图形，并在重绘的时候轻微改变其的位置或者角度，让人看起来是运动的！

本案例还是用三角形作为演示案例：

运行展示：

先来看看动画的基础流程：

为了生成一个动画，我们需要两个关键机制：

机制1：在t0、t1、t2、t3、t4等时刻反复调用同一个函数来绘制三角形

机制2：在每次绘制之前，清除上次绘制的内容，并使新绘制的三角形旋转相应的角度

本示例代码架构与上一节课有三点不同：

1.由于程序需要反复绘制三角形，所以我们把指定背景色的位置改了下，在webgl中，设置好的背景色在重设之前一直有效

2.实现机制1--反复调用绘制的函数机制

3.定义了draw()函数以实现清除和绘制三角形的操作

具体可以看代码，函数机制流程图下文也有说明：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>动画基础之旋转三角形</title>
  </head>

  <body onload="main()">
    <canvas id="webgl" width="400" height="400">
    Please use a browser that supports "canvas"
    </canvas>

    <script src="../lib/webgl-utils.js"></script>
    <script src="../lib/webgl-debug.js"></script>
    <script src="../lib/cuon-utils.js"></script>
    <script src="../lib/cuon-matrix.js"></script>
    <script src="RotatingTriangle.js"></script>
  </body>
</html>

//顶点着色器，u_ModelMatrix表示一个4*4的矩阵，a_Position表示顶点坐标
//u_ModelMatrix * a_Position两者相乘表示变换后的坐标
var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' +
  'uniform mat4 u_ModelMatrix;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = u_ModelMatrix * a_Position;\n' +
  '}\n';

//片元着色器
var FSHADER_SOURCE =
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);\n' +
  '}\n';

// 旋转角度(度/秒)
var ANGLE_STEP = 45.0;

function main() {
  // 获取canvas元素
  var canvas = document.getElementById('webgl');

  // 获取canvas上下文
  var gl = getWebGLContext(canvas);
  if (!gl) {
    console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
    return;
  }

  //	初始化着色器
  if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
    console.log('Failed to intialize shaders.');
    return;
  }

  // 设置顶点位置
  var n = initVertexBuffers(gl);
  if (n < 0) {
    console.log('Failed to set the positions of the vertices');
    return;
  }

  // 设置背景色
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

  // 获取u_ModelMatrix变量的存储位置
  var u_ModelMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_ModelMatrix');
  if (!u_ModelMatrix) { 
    console.log('Failed to get the storage location of u_ModelMatrix');
    return;
  }

  // 当前旋转角
  var currentAngle = 0.0;
  // 模型矩阵，matrix4对象
  var modelMatrix = new Matrix4();

  // 开始绘制三角形
  var tick = function() {
  	// 更新旋转角度
    currentAngle = animate(currentAngle);  
    
    // 绘制三角形
    draw(gl, n, currentAngle, modelMatrix, u_ModelMatrix);   
    
    // 请求浏览器 tick
    requestAnimationFrame(tick, canvas); 
  };
  tick();//调用函数，形成一个调用循环
}
//设置的是点的位置
function initVertexBuffers(gl) {
  var vertices = new Float32Array ([
    0, 0.5,   -0.5, -0.5,   0.5, -0.5
  ]);
  var n = 3;   // 顶点数

  // 创建缓冲区对象
  var vertexBuffer = gl.createBuffer();
  if (!vertexBuffer) {
    console.log('Failed to create the buffer object');
    return -1;
  }

  // 绑定缓冲区对象
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
  // 将数据写入缓冲区对象以供着色器使用
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW);

  // 获取attribute的位置
  var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
  if(a_Position < 0) {
    console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
    return -1;
  }
  // 将缓冲区对象分配给attribute变量，这里只有平面的顶点xy，所谓分量为2，第三四分量会默认为0.0,1.0
  gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);

  // 开启attribute变量
  gl.enableVertexAttribArray(a_Position);

  return n;
}
/*方法说明
 *@method 绘制三角形
 *@param 
 * gl： 绘制三角形的上下文   
 * n ： 顶点个数
 * currentAngle： 当前的旋转角度
 * modelMatrix：   根据当前的旋转角度角度计算出来的旋转矩阵，储存在matrix4对象中
 * u_ModelMatrix：顶点着色器中同名的uniform变量的储存位置，modelMatrix变量将被传递到这里
 *@return 无
*/
function draw(gl, n, currentAngle, modelMatrix, u_ModelMatrix) {
  // 设置旋转矩阵
  modelMatrix.setRotate(currentAngle, 0, 0, 1); 
 
  // 将旋转矩阵传输给顶点着色器
  gl.uniformMatrix4fv(u_ModelMatrix, false, modelMatrix.elements);

  // 清除canvas
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

  // 绘制三角形
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, n);
}

// 记录上一次调用函数的时刻
var g_last = Date.now();
function animate(angle) {
  // 计算距离上次调用经过了多长时间
  var now = Date.now();
  
 	//得到这一次调用与上一次调用的时间间隔
  var elapsed = now - g_last;
  g_last = now;
  // 根据距离上次调用的时间，更新当前的旋转角度
  //变量gl_last和now都是Data对象now方法的返回值，单位是毫秒
  //所以我们要想按美妙来旋转多少度，我们还多除以1000
  var newAngle = angle + (ANGLE_STEP * elapsed) / 1000.0;
  //返回一个始终是小于360°的角度
  return newAngle %= 360;
}

下面我们来分析下代码中的函数的机制流程：

我们再来看下更新旋转角的过程机制：

这里是有坑的，调用函数的时刻t0、t1、t2之间的间隔是不固定的；总而言之t1-t0不等于t2-t1

如果调用tick（）函数的时间间隔不恒定，那么我设定的固定的旋转角度值就可能导致不可控制的加速或者减速的旋转效果

为了解决这个问题，我们的animation()函数逻辑稍微处理了一下，在JS中也有解释：

根据本次调用与上次调用之间的时间间隔来决定这一帧的旋转角度比上一帧多少，以确保每次旋转的角度是恒定的。

具体就是我们先将上一次调用(上一帧)的时刻（gl_last）先存起来,将这一次（这一帧）调用的时刻（now）也存起来,然后计算他们的差值，得到得到这一次调用距离上一次调用的时间间隔，并存起来（elapse），这一帧中三角形的旋转角度就由elapse决定了。

本节课是动画的基础，也是最主要的东西，要确保了解代码中的每个细节，如有不足明白的地方，可以进群询问或者看看其他的博客，看多了就慢慢会了

下面几节课我们将会围绕动画基础讲一些案例以此巩固！！！

webgl第19课-动画基础-旋转

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