Verwendung von Texturen in WebGL

Das Erste, was Sie tun müssen, ist, Code hinzuzufügen, um die Texturen zu laden. In unserem Fall werden wir eine einzelne Textur verwenden, die auf alle sechs Seiten unseres rotierenden Würfels abgebildet wird, aber dieselbe Technik kann für jede Anzahl von Texturen verwendet werden.

//
// Initialize a texture and load an image.
// When the image finished loading copy it into the texture.
//
function loadTexture(gl, url) {
  const texture = gl.createTexture();
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);

  // Because images have to be downloaded over the internet
  // they might take a moment until they are ready.
  // Until then put a single pixel in the texture so we can
  // use it immediately. When the image has finished downloading
  // we'll update the texture with the contents of the image.
  const level = 0;
  const internalFormat = gl.RGBA;
  const width = 1;
  const height = 1;
  const border = 0;
  const srcFormat = gl.RGBA;
  const srcType = gl.UNSIGNED_BYTE;
  const pixel = new Uint8Array([0, 0, 255, 255]); // opaque blue
  gl.texImage2D(
    gl.TEXTURE_2D,
    level,
    internalFormat,
    width,
    height,
    border,
    srcFormat,
    srcType,
    pixel,
  );

  const image = new Image();
  image.onload = () => {
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
    gl.texImage2D(
      gl.TEXTURE_2D,
      level,
      internalFormat,
      srcFormat,
      srcType,
      image,
    );

    // WebGL1 has different requirements for power of 2 images
    // vs. non power of 2 images so check if the image is a
    // power of 2 in both dimensions.
    if (isPowerOf2(image.width) && isPowerOf2(image.height)) {
      // Yes, it's a power of 2. Generate mips.
      gl.generateMipmap(gl.TEXTURE_2D);
    } else {
      // No, it's not a power of 2. Turn off mips and set
      // wrapping to clamp to edge
      gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
      gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
      gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
    }
  };
  image.src = url;

  return texture;
}

function isPowerOf2(value) {
  return (value & (value - 1)) === 0;
}

Die Routine loadTexture() beginnt damit, ein WebGL-Texturobjekt texture zu erstellen, indem die WebGL-Funktion createTexture() aufgerufen wird. Sie lädt dann ein einzelnes blaues Pixel mit texImage2D() hoch. Dadurch wird die Textur sofort als einfarbig blaue Farbe verwendbar, auch wenn es ein paar Momente dauert, bis unser Bild heruntergeladen ist.

Um die Textur aus der Bilddatei zu laden, wird dann ein Image-Objekt erstellt und der src auf die URL für unser Bild gesetzt, das wir als unsere Textur verwenden möchten. Die Funktion, die wir image.onload zuweisen, wird aufgerufen, sobald das Bild vollständig heruntergeladen ist. Zu diesem Zeitpunkt rufen wir erneut texImage2D() auf, diesmal unter Verwendung des Bildes als Quelle für die Textur. Danach richten wir das Filtern und die Umhüllung für die Textur je nach Bilddimensionen ein.

WebGL1 kann nur Nicht-Potenz-von-2-Texturen mit den Filtern NEAREST oder LINEAR verwenden und kann dafür kein Mipmap generieren. Ihr Umhüllungsmodus muss auf CLAMP_TO_EDGE gesetzt werden. Andererseits, wenn die Textur eine Potenz von 2 in beiden Dimensionen ist, kann WebGL hochwertigere Filterung durchführen, Mipmap verwenden und den Umhüllungsmodus auf REPEAT oder MIRRORED_REPEAT setzen.

Ein Beispiel für eine wiederholte Textur ist das Kacheln eines Bildes von einigen Ziegeln, um eine Ziegelwand zu bedecken.

Mipmapping und UV-Wiederholung können mit texParameteri() deaktiviert werden. Dies ermöglicht die Verwendung von Nicht-Potenz-von-2 (NPOT) Texturen auf Kosten des Mipmapping, der UV-Umhüllung, der UV-Kachelung und Ihrer Kontrolle darüber, wie das Gerät Ihre Textur behandelt.

// gl.NEAREST is also allowed, instead of gl.LINEAR, as neither mipmap.
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
// Prevents s-coordinate wrapping (repeating).
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
// Prevents t-coordinate wrapping (repeating).
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);

Erneut, mit diesen Parametern, akzeptieren kompatible WebGL-Geräte automatisch jede Auflösung für diese Textur (bis zu ihren maximalen Abmessungen). Ohne die oben genannte Konfiguration verlangt WebGL, dass alle Beispiele für NPOT-Texturen fehlschlagen, indem transparentes Schwarz zurückgegeben wird: rgb(0 0 0 / 0%).

Um das Bild zu laden, fügen Sie einen Aufruf unserer loadTexture()-Funktion in Ihre main()-Funktion ein. Dies kann nach dem Aufruf von initBuffers(gl) hinzugefügt werden.

Beachten Sie auch: Browser kopieren Pixel aus dem geladenen Bild in der Reihenfolge von oben nach unten — von der oberen linken Ecke; aber WebGL erwartet die Pixel in der Reihenfolge von unten nach oben — beginnend von der unteren linken Ecke. (Für weitere Details siehe Warum ist meine WebGL-Textur auf dem Kopf?.)

Um zu verhindern, dass die resultierende Bildtextur beim Rendern die falsche Ausrichtung hat, müssen wir auch pixelStorei() mit dem Parameter gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL auf true setzen, um die Pixel in die von WebGL erwartete Reihenfolge von unten nach oben zu drehen.

// Load texture
const texture = loadTexture(gl, "cubetexture.png");
// Flip image pixels into the bottom-to-top order that WebGL expects.
gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, true);

An diesem Punkt ist die Textur geladen und einsatzbereit. Bevor wir sie jedoch verwenden können, müssen wir die Zuordnung der Texturkoordinaten zu den Eckpunkten der Flächen unseres Würfels festlegen. Dies ersetzt den gesamten zuvor vorhandenen Code zur Konfiguration der Farben für jede der Flächen des Würfels in initBuffers().

function initTextureBuffer(gl) {
  const textureCoordBuffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, textureCoordBuffer);

  const textureCoordinates = [
    // Front
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
    // Back
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
    // Top
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
    // Bottom
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
    // Right
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
    // Left
    0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0,
  ];

  gl.bufferData(
    gl.ARRAY_BUFFER,
    new Float32Array(textureCoordinates),
    gl.STATIC_DRAW,
  );

  return textureCoordBuffer;
}

Zuerst erstellt dieser Code einen WebGL-Puffer, in den wir die Texturkoordinaten für jede Fläche speichern werden, dann binden wir diesen Puffer als das Array, in das wir schreiben werden.

Das Array textureCoordinates definiert die Texturkoordinaten, die jedem Eckpunkt jeder Fläche entsprechen. Beachten Sie, dass die Texturkoordinaten von 0.0 bis 1.0 reichen; die Abmessungen von Texturen werden für die Zwecke der Texturabbildung auf einen Bereich von 0.0 bis 1.0 normiert, unabhängig von ihrer tatsächlichen Größe.

Sobald wir das Texturzurodnungarray eingerichtet haben, übergeben wir das Array in den Puffer, sodass WebGL diese Daten bereit zur Verwendung hat.

Dann geben wir den neuen Puffer zurück.

Als nächstes müssen wir initBuffers() aktualisieren, um den Texturkoordinatenpuffer anstelle des Farb-Puffers zu erstellen und zurückzugeben.

const textureCoordBuffer = initTextureBuffer(gl);

return {
  position: positionBuffer,
  textureCoord: textureCoordBuffer,
  indices: indexBuffer,
};

Das Shader-Programm muss ebenfalls aktualisiert werden, um die Texturen anstelle von einfarbigen Farben zu verwenden.

Wir müssen den Vertex-Shader ersetzen, sodass dieser statt Farbdaten abzurufen, die Texturkoordinatendaten abruft.

const vsSource = `
    attribute vec4 aVertexPosition;
    attribute vec2 aTextureCoord;

    uniform mat4 uModelViewMatrix;
    uniform mat4 uProjectionMatrix;

    varying highp vec2 vTextureCoord;

    void main(void) {
      gl_Position = uProjectionMatrix * uModelViewMatrix * aVertexPosition;
      vTextureCoord = aTextureCoord;
    }
  `;

Die wesentliche Änderung hier ist, dass wir statt die Vertexfarben abzurufen, die Texturkoordinaten abrufen und an den Vertex-Shader übergeben; dies wird die Position innerhalb der Textur anzeigen, die dem Vertex entspricht.

Der Fragment-Shader muss ebenfalls aktualisiert werden.

const fsSource = `
    varying highp vec2 vTextureCoord;

    uniform sampler2D uSampler;

    void main(void) {
      gl_FragColor = texture2D(uSampler, vTextureCoord);
    }
  `;

Anstatt einen Farbwert der Fragmentfarbe zuzuweisen, wird die Fragmentfarbe durch Abrufen des Texels (das heißt, des Pixels innerhalb der Textur) basierend auf dem Wert von vTextureCoord berechnet, das wie die Farben zwischen den Vertices interpoliert wird.

Da wir ein Attribut geändert und ein Uniform hinzugefügt haben, müssen wir deren Orte ermitteln.

const programInfo = {
  program: shaderProgram,
  attribLocations: {
    vertexPosition: gl.getAttribLocation(shaderProgram, "aVertexPosition"),
    textureCoord: gl.getAttribLocation(shaderProgram, "aTextureCoord"),
  },
  uniformLocations: {
    projectionMatrix: gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uProjectionMatrix"),
    modelViewMatrix: gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uModelViewMatrix"),
    uSampler: gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uSampler"),
  },
};

Die Änderungen der drawScene()-Funktion sind einfach.

// tell webgl how to pull out the texture coordinates from buffer
function setTextureAttribute(gl, buffers, programInfo) {
  const num = 2; // every coordinate composed of 2 values
  const type = gl.FLOAT; // the data in the buffer is 32-bit float
  const normalize = false; // don't normalize
  const stride = 0; // how many bytes to get from one set to the next
  const offset = 0; // how many bytes inside the buffer to start from
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffers.textureCoord);
  gl.vertexAttribPointer(
    programInfo.attribLocations.textureCoord,
    num,
    type,
    normalize,
    stride,
    offset,
  );
  gl.enableVertexAttribArray(programInfo.attribLocations.textureCoord);
}

setTextureAttribute(gl, buffers, programInfo);

Fügen Sie dann den Code hinzu, um die Textur anzugeben, die auf die Flächen abzubilden ist.

// Tell WebGL we want to affect texture unit 0
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);

// Bind the texture to texture unit 0
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);

// Tell the shader we bound the texture to texture unit 0
gl.uniform1i(programInfo.uniformLocations.uSampler, 0);

WebGL stellt mindestens 8 Textureinheiten bereit; die erste davon ist gl.TEXTURE0. Wir teilen WebGL mit, dass wir Einheit 0 beeinflussen wollen. Dann rufen wir bindTexture() auf, welche die Textur am TEXTURE_2D Bindungspunkt der Textureinheit 0 bindet. Schließlich sagen wir dem Shader, dass uSampler die Textureinheit 0 verwenden soll.

Zuletzt fügen Sie texture als Parameter zur drawScene()-Funktion hinzu, sowohl dort, wo sie definiert ist, als auch wo sie aufgerufen wird.

function drawScene(gl, programInfo, buffers, texture, cubeRotation) {

drawScene(gl, programInfo, buffers, texture, cubeRotation);

An diesem Punkt sollte der rotierende Würfel einsatzbereit sein.

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Das Laden von WebGL-Texturen unterliegt plattformübergreifenden Zugriffskontrollen. Damit Ihre Inhalte eine Textur von einer anderen Domain laden können, muss eine CORS-Genehmigung eingeholt werden. Siehe HTTP-Zugriffskontrolle für Details zu CORS.

Da WebGL jetzt verlangt, dass Texturen aus sicheren Kontexten geladen werden, können Sie keine Texturen von file:/// URLs in WebGL verwenden. Das bedeutet, dass Sie einen sicheren Webserver benötigen, um Ihren Code zu testen und bereitzustellen. Für lokale Tests siehe unseren Leitfaden Wie richtet man einen lokalen Testserver ein? für Hilfe.

Siehe diesen Artikel auf hacks.mozilla.org für eine Erklärung, wie man CORS-geprüfte Bilder als WebGL-Texturen verwendet.

Verfälschte (write-only) 2D-Canvas-Elemente können nicht als WebGL-Texturen verwendet werden. Ein 2D-<canvas> wird beispielsweise verfälscht, wenn ein plattformübergreifendes Bild darauf gezeichnet wird.

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