答案：通过WebGL在canvas中创建3D立方体需四步：1. 获取WebGL上下文；2. 编写并编译顶点和片段着色器；3. 定义立方体顶点与索引并上传至GPU缓冲区；4. 使用矩阵变换设置视角与动画，循环调用drawElements渲染旋转立方体。
要在网页中实现一个3D立方体渲染，WebGL 是一个强大且直接的方式。它允许你在浏览器中使用 JavaScript 调用 GPU 进行图形渲染，无需依赖第三方库（如 Three.js），虽然学习曲线稍陡，但能更深入理解图形管线的工作原理。
1. 创建 WebGL 上下文
首先需要在 HTML 中放置一个 canvas 元素，然后通过 JavaScript 获取 WebGL 上下文：
const canvas = document.getElementById('glCanvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');
if (!gl) {
alert('无法初始化 WebGL');
}
确保上下文成功获取，否则浏览器不支持或禁用了 WebGL。
2. 编写着色器程序
WebGL 使用 GLSL（OpenGL 着色语言）编写顶点和片段着色器。你需要将它们作为字符串注入，然后编译链接成着色程序。
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顶点着色器：处理每个顶点的位置变换。
const vsSource = `
attribute vec4 aVertexPosition;
uniform mat4 uModelViewMatrix;
uniform mat4 uProjectionMatrix;
void main() {
gl_Position = uProjectionMatrix * uModelViewMatrix * aVertexPosition;
}
`;
片段着色器：决定像素颜色。
const fsSource = `
void main() {
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.5, 0.3, 1.0); // 橙色
}
`;
接下来编译着色器并链接成程序：
function initShaderProgram(gl, vsSource, fsSource) {
const vertexShader = loadShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vsSource);
const fragmentShader = loadShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fsSource);
const shaderProgram = gl.createProgram();
gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
gl.linkProgram(shaderProgram);
if (!gl.getProgramParameter(shaderProgram, gl.LINK_STATUS)) {
alert('无法初始化着色器程序: ' + gl.getProgramInfoLog(shaderProgram));
return null;
}
return shaderProgram;
}
function loadShader(gl, type, source) {
const shader = gl.createShader(type);
gl.shaderSource(shader, source);
gl.compileShader(shader);
if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
console.error('着色器编译错误:', gl.getShaderInfoLog(shader));
gl.deleteShader(shader);
return null;
}
return shader;
}
3. 定义立方体的顶点与索引
一个立方体有 8 个顶点，我们可以定义其坐标，并使用索引绘制三角形面（共 6 个面，每个面由两个三角形组成）。
const positions = [ // 前面 -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, // 后面... // （其他面省略，完整需6个面） ];const indices = [ 0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前 4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后 8, 9, 10, 8, 10, 11, // 左 // ...其他面索引 ];
将顶点数据上传到 GPU 缓冲区：
const positionBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);const indexBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer); gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(indices), gl.STATIC_DRAW);
4. 设置矩阵与动画渲染
使用 mat4 矩阵进行模型、视图和投影变换。可以借助 gl-matrix 库简化操作。
import { mat4 } from 'gl-matrix';
const modelViewMatrix = mat4.create();
const projectionMatrix = mat4.create();
mat4.perspective(projectionMatrix,
45 * Math.PI / 180, // 视野角度
gl.canvas.clientWidth / gl.canvas.clientHeight,
0.1, // 近裁剪面
100.0 // 远裁剪面
);
mat4.translate(modelViewMatrix, modelViewMatrix, [0.0, 0.0, -6.0]);
mat4.rotate(modelViewMatrix, modelViewMatrix, Date.now() * 0.001, [1, 1, 1]);
在渲染函数中绑定属性和 uniforms：
function render() {
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
gl.clearDepth(1.0);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
gl.depthFunc(gl.LEQUAL);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
const programInfo = {
program: shaderProgram,
attribLocations: {
vertexPosition: gl.getAttribLocation(shaderProgram, 'aVertexPosition'),
},
uniformLocations: {
projectionMatrix: gl.getUniformLocation(shaderProgram, 'uProjectionMatrix'),
modelViewMatrix: gl.getUniformLocation(shaderProgram, 'uModelViewMatrix'),
},
};
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
gl.vertexAttribPointer(
programInfo.attribLocations.vertexPosition,
3, // 每个顶点3个值 (x, y, z)
gl.FLOAT, // 类型
false, // 不归一化
0, // 步长
0 // 偏移
);
gl.enableVertexAttribArray(programInfo.attribLocations.vertexPosition);
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
gl.useProgram(programInfo.program);
gl.uniformMatrix4fv(programInfo.uniformLocations.projectionMatrix, false, projectionMatrix);
gl.uniformMatrix4fv(programInfo.uniformLocations.modelViewMatrix, false, modelViewMatrix);
const vertexCount = indices.length;
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, vertexCount, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);
requestAnimationFrame(render); // 循环渲染
}
render();
这样就完成了一个基础的 3D 立方体旋转动画。
基本上就这些。核心是理解着色器、缓冲区、矩阵变换和绘制流程。虽然原生 WebGL 写起来繁琐，但对掌握图形底层机制非常有帮助。
