webgl实现火焰效果
此篇文章我们要实现一个燃烧的火焰效果,其中会包含产生燃烧效果的相关算法,如果不是很理解的话,可以自己动手调节相关参数来进一步理解,先看一下实现的效果。
第一步: 构建基础
为了实现上面的效果我们先来构建出canvas的DOM,以及相关的shader代码。
这里的步骤和这篇文章中第一步是相同的,你可以移步[https://juejin.im/post/5dcba9aaf265da4d556d0164]这里查看,或者在最后我也会附上全部的代码(不要忘记引入相关的js文件)。
需要注意的是为了让火焰的位置在中间我这边canvas的宽度设置为了375,高度设置为了667,这两个值与后面片元着色器中的参数有关,如果你实现效果时发现火焰位置不对可以适当调整。
第二步: 一个合适的噪音算法
要实现火焰的外焰燃烧效果,我们需要使用一个噪音算法,webgl有梯度噪音,细胞噪音等等的算法,但是模拟出来的外焰燃烧效果个人感觉不是很生动,在此我这边使用了另一种噪音算法:
float noise(vec3 p){
vec3 i = floor(p);
vec4 a = dot(i, vec3(1., 57., 21.)) + vec4(0., 57., 21., 78.);
vec3 f = cos((p-i)*acos(-1.))*(-.5)+.5;
a = mix(sin(cos(a)*a),sin(cos(1.+a)*(1.+a)), f.x);
a.xy = mix(a.xz, a.yw, f.y);
return mix(a.x, a.y, f.z);
}
在算法中我们首先使用floor函数返回p的最小整数部分,然后使用dot函数对i和另一个vec3数值取正。
然后定义一个使用cos和acos函数计算出来的f,再对a做混合的sin与cos函数操作,最后进行mix的线性混合。
为了便于理解这里有一个a = mix(sin(cos(a) a),sin(cos(1.+a) (1.+a)), f.x);函数图片,可供参考。
如果还是不理解的话可以将函数中的每一步做出图像来理解。
通过上面我们就得到了一个噪音的算法,接下来就是将噪音算法应用起来,并且使用算法勾勒出火焰了。
第三步: 修改片元着色器
在第一步中我们初始化了一个简单的顶点着色器和片元着色器,下面我们就要对片元着色器进行修改了。
void main() {
vec2 v = -1.5 + 3. * v_TexCoord;
vec3 org = vec3(0., -2., 4.);
vec3 dir = normalize(vec3(v.x*1.6, -v.y, -1.5));
vec4 p = raymarch(org, dir);
float glow = p.w;
vec4 col = mix(vec4(1.,.5,.1,1.), vec4(0.1,.5,1.,1.), p.y*.02+.4);
gl_FragColor = mix(vec4(0.), col, pow(glow*2.,4.));
}
v_TexCoord是我们传入的纹理坐标值,对其进行了乘与加处理,还记得第一步中说过的火焰位置吗?这两个参数就是用来调节的。
后面我们定义了一个vec3的变量,同时定义了一个归一化后的变量dir。
接着我们定义了一个变量p,对其使用了自定义函数raymarch进行处理,后面介绍这个函数,最后就是对位置的一个线性混合了,最后是赋值。
接下来就是raymarch函数以及其使用到的自定义函数了。
float sphere(vec3 p, vec4 spr){
return length(spr.xyz-p) - spr.w;
}
float flame(vec3 p){
float d = sphere(p*vec3(1.,.5,1.), vec4(.0,-1.,.0,1.));
return d + (noise(p+vec3(.0,time*2.,.0)) + noise(p*3.)*.5)*.25*(p.y) ;
}
float scene(vec3 p){
return min(100.-length(p) , abs(flame(p)) );
}
vec4 raymarch(vec3 org, vec3 dir){
float d = 0.0, glow = 0.0, eps = 0.02;
vec3 p = org;
bool glowed = false;
for(int i=0; i<64; i++)
{
d = scene(p) + eps;
p += d * dir;
if( d>eps )
{
if(flame(p) < .0)
glowed=true;
if(glowed)
glow = float(i)/64.;
}
}
return vec4(p,glow);
}
raymarch函数的主要作用就是配合noise勾勒出火焰整体的外观,包括大小,颜色值,以及效果的位置等等。
勾勒出火焰的核心就是让片元着色器指定的位置渲染出指定的颜色,然后将这些片元线性连接起来就是火焰了,例如外焰要渲染成线性的黄色,内焰渲染成蓝色。
在上面的raymarch函数中我们在for循环中使用了64,并且在后面除了64,如果你感兴趣的话,可以去调节这两个数值,你会发现火焰的明亮发生了变化。
上面的代码中我们使用flame函数定义了火焰燃烧的速度以及外焰燃烧的高度等信息,使用scene函数定义了整体的效果,可以试着将其中的100修改为10,你会发现火焰的颜色完全变了。
全部的代码
上面我们一步步的实现了全部的效果,需要注意的是我这边为了火焰的效果将canvas背景设置为了黑色,而不是片元着色器中导致的,下面就是所有的代码,你可以放在本地去试一下,同时理解一下算法有趣的内容。
<template> <div> <canvas id="glcanvas" ref="webgl" width="375" height="667"></canvas> </div> </template> <script> /* eslint-disable */ import testImg from './static/img/img1.jpeg' export default { props: { msg: String }, mounted() { let VSHADER_SOURCE = ` attribute vec4 a_Position; attribute vec2 a_TexCoord; varying vec2 v_TexCoord; void main() { gl_Position = a_Position; v_TexCoord = a_TexCoord; }` let FSHADER_SOURCE = ` precision mediump float; uniform sampler2D u_Sampler; uniform float time; varying vec2 v_TexCoord; float noise(vec3 p){ vec3 i = floor(p); vec4 a = dot(i, vec3(1., 57., 21.)) + vec4(0., 57., 21., 78.); vec3 f = cos((p-i)*acos(-1.))*(-.5)+.5; a = mix(sin(cos(a)*a),sin(cos(1.+a)*(1.+a)), f.x); a.xy = mix(a.xz, a.yw, f.y); return mix(a.x, a.y, f.z); } float sphere(vec3 p, vec4 spr){ return length(spr.xyz-p) - spr.w; } float flame(vec3 p){ float d = sphere(p*vec3(1.,.5,1.), vec4(.0,-1.,.0,1.)); return d + (noise(p+vec3(.0,time*2.,.0)) + noise(p*3.)*.5)*.25*(p.y) ; } float scene(vec3 p){ return min(100.-length(p) , abs(flame(p)) ); } vec4 raymarch(vec3 org, vec3 dir){ float d = 0.0, glow = 0.0, eps = 0.02; vec3 p = org; bool glowed = false; for(int i=0; i<64; i++){ d = scene(p) + eps; p += d * dir; if( d>eps ){ if(flame(p) < .0) glowed=true; if(glowed) glow = float(i)/64.; } } return vec4(p,glow); } void main() { vec2 v = -1.5 + 3. * v_TexCoord; vec3 org = vec3(0., -2., 4.); vec3 dir = normalize(vec3(v.x*1.6, -v.y, -1.5)); vec4 p = raymarch(org, dir); float glow = p.w; vec4 col = mix(vec4(1.,.5,.1,1.), vec4(0.1,.5,1.,1.), p.y*.02+.4); gl_FragColor = mix(vec4(0.), col, pow(glow*2.,4.)); }` let canvas = this.$refs.webgl let gl = getWebGLContext(canvas); initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE); let n = this.initVertexBuffers(gl); this.inirTextures(gl, n); let u_time = gl.getUniformLocation(gl.program, "time"); let newTime = 0.1; let draw = function(){ newTime = newTime + 0.05; gl.uniform1f(u_time, newTime); gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT); gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, 4); requestAnimationFrame(draw); } draw() }, methods: { initVertexBuffers(gl){ var verticesTexCoords = new Float32Array([ -1.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, -1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 0.0, ]); var n = 4; var vertexCoordBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexCoordBuffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesTexCoords, gl.STATIC_DRAW); var FSIZE = verticesTexCoords.BYTES_PER_ELEMENT; var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position'); gl.vertexAttribPointer(a_Position, 2, gl.FLOAT, false, FSIZE * 4, 0); gl.enableVertexAttribArray(a_Position); var a_TexCoord = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_TexCoord'); gl.vertexAttribPointer(a_TexCoord, 2, gl.FLOAT, false, FSIZE * 4, FSIZE * 2); gl.enableVertexAttribArray(a_TexCoord) return n; }, inirTextures(gl, n){ var texture = gl.createTexture(); var u_Sampler = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_Sampler'); var image = new Image(); image.onload = ()=>{this.loadTexture(gl, n, texture, u_Sampler, image);}; image.crossOrigin = "anonymous"; image.src = testImg return true; }, loadTexture(gl, n, texture, u_Sampler, image){ gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, 1); gl.activeTexture(gl.TEXTURE0); gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST); 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.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, image); gl.uniform1i(u_Sampler, 0); gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, n); } } } </script> <style lang="scss"> #glcanvas{ background-color: #000; } </style>