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【愚公系列】2023年08月 WEBGL专题-透视投影

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发布2025-05-28 16:59:19
发布2025-05-28 16:59:19
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前言

投影是指将三维空间中的对象或图形映射到二维平面上的过程。在计算机图形学中,投影是一个重要的概念,因为屏幕上只有二维的显示空间,需要将三维场景投影到屏幕上才能呈现给用户。投影有两种常见的方式:透视投影和正交投影。透视投影模拟了真实世界的视觉效果,使远处的物体更小,近处的物体更大,增强了视觉感受。而正交投影则是在平面上进行垂直投影,可以保留物体的大小和比例,但会失去深度感。无论是哪种投影方式,都需要计算投影矩阵来进行投影。

一、透视投影

1.概念

透视投影是一种绘画和制图技术,它模拟了人眼在三维空间中观察物体时所产生的视觉效果。透视投影通过将一个三维物体映射到一个二维平面上,来呈现物体的透视感和深度感。透视投影表现了物体在远近和大小上的变化,使画面具有更真实的呈现效果,并且可以更好地传递画家或设计者想表达的信息。在建筑设计、室内设计、工程制图和艺术绘画等领域中,透视投影被广泛应用。

把透视投影的棱台映射为长方体

2.推导过程

2.1 坐标转换
2.2 求 x y 坐标

通过三角形相似,很容易得到物品投影到投影面上的横纵坐标

2.3 求y坐标
2.4 矩阵运算

第二个矩阵位正射投影的矩阵

3.案例

代码语言:javascript
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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Title</title>
  <script src="../lib/index.js"></script>
  <style>
    * {
      margin: 0;
      padding: 0;
    }

    canvas{
      margin: 50px auto 0;
      display: block;
      background: yellow;
    }
  </style>
</head>
<body>
  <canvas id="canvas" width="400" height="400">
    此浏览器不支持canvas
  </canvas>
</body>
</html>
<script>
  // 获取透视投影矩阵
  function getPerspective(fov, aspect, far, near) {
    fov = fov * Math.PI / 180;
    return new Float32Array([
      1/(aspect*Math.tan(fov / 2)), 0, 0, 0,
      0, 1/(Math.tan(fov/2)),0,0,
      0,0,-(far+near)/(far-near),-(2*far*near)/(far-near),
      0,0,-1,0,
    ])
  }
  const ctx = document.getElementById('canvas')

  const gl = ctx.getContext('webgl')

  // 创建着色器源码
  const VERTEX_SHADER_SOURCE = `
    attribute vec4 aPosition;
    attribute vec4 aColor;
    varying vec4 vColor;

    uniform mat4 mat;
    void main() {
      gl_Position = mat * aPosition;
      vColor = aColor;
    }
  `; // 顶点着色器

  const FRAGMENT_SHADER_SOURCE = `
    precision lowp float;
    varying vec4 vColor;

    void main() {
      gl_FragColor = vColor;
    }
  `; // 片元着色器

  const program = initShader(gl, VERTEX_SHADER_SOURCE, FRAGMENT_SHADER_SOURCE)

  const aPosition = gl.getAttribLocation(program, 'aPosition');
  const aColor = gl.getAttribLocation(program, 'aColor');
  const mat = gl.getUniformLocation(program, 'mat');

  const points = new Float32Array([
    0.75,1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,
    0.25,-1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,
    1.0, -1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,

    0.75,1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,
    0.25,-1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,
    1.0, -1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,

    0.75,1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,
    0.25,-1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,
    1.0, -1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,

    -0.75,1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,
    -0.25,-1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,
    -1.0, -1.0,-0.6, 1.0,0.0,0.0,

    -0.75,1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,
    -0.25,-1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,
    -1.0, -1.0,-0.5, 0.0,1.0,0.0,

    -0.75,1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,
    -0.25,-1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,
    -1.0, -1.0,-0.4, 0.0,0.0,1.0,
  ])

  const buffer = gl.createBuffer();

  const BYTES = points.BYTES_PER_ELEMENT;

  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);

  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, points, gl.STATIC_DRAW);

  gl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, gl.FLOAT, false, BYTES * 6, 0);

  gl.enableVertexAttribArray(aPosition)

  gl.vertexAttribPointer(aColor, 3, gl.FLOAT, false, BYTES * 6, BYTES * 3);

  gl.enableVertexAttribArray(aColor)

  gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3 * 6);


  let eyex = 0.0;
  let eyey = -0.1;
  let eyez = 0.2;

  function draw() {
    const vm = getViewMatrix(eyex,eyey,eyez,0.0,0.0,0.0,0.0,0.6,0.0);
    const perspective = getPerspective(150, ctx.width / ctx.height, 100, 1);
    // const matrix = getTranslateMatrix(x, x);
    // gl.vertexAttrib1f(aTranslate, x);
    gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
    gl.uniformMatrix4fv(mat, false, mixMatrix(vm, perspective));
    gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3 * 6);

  }

  draw()
  document.onkeydown = function(e) {
    switch(e.keyCode) {
      case 37: eyex += 0.01; break;
      case 38: eyex -= 0.01; break;
      case 39: eyey += 0.01; break;
      case 40: eyey -= 0.01; break;
    }
    draw();
  }
</script>
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原始发表:2025-05-16,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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