Verwendung von Texturen in WebGL

Das Erste, was zu tun ist, 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 die gleiche Technik kann für eine beliebige 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 loadTexture()-Routine beginnt mit der Erstellung eines WebGL-Texturobjekts texture durch Aufruf der WebGL-Funktion createTexture(). Dann wird ein einzelnes blaues Pixel mit texImage2D() hochgeladen. Dadurch ist die Textur sofort als solide blaue Farbe verwendbar, obwohl es einige Momente dauern kann, 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 Textur verwenden möchten. Die Funktion, die wir image.onload zuweisen, wird aufgerufen, sobald das Bild fertig 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 Wrapping für die Textur ein, basierend darauf, ob das heruntergeladene Bild in beiden Dimensionen eine Zweierpotenz ist oder nicht.

WebGL1 kann nur Nicht-Zweierpotenz-Texturen mit auf NEAREST oder LINEAR eingestelltem Filter verwenden und kann kein Mipmap dafür erzeugen. Der Wrapping-Modus muss auch auf CLAMP_TO_EDGE gesetzt sein. Andererseits kann WebGL bei Texturen, die in beiden Dimensionen eine Zweierpotenz sind, hochwertigeres Filtern durchführen, Mipmap verwenden und den Wrapping-Modus auf REPEAT oder MIRRORED_REPEAT setzen.

Ein Beispiel für eine wiederholte Textur ist das Kacheln eines Bildes mit ein paar Ziegeln, um eine Ziegelwand zu bedecken.

Mipmap und UV-Wiederholungen können mit texParameteri() deaktiviert werden. Dies erlaubt die Verwendung von Nicht-Zweierpotenz-Texturen auf Kosten von Mipmap, UV-Wrapping, UV-Kachelung und Ihrer Kontrolle darüber, wie das Gerät Ihre Textur handhabt.

// 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);

Wiederum werden mit diesen Parametern kompatible WebGL-Geräte automatisch jede Auflösung für diese Textur akzeptieren (bis zu ihren maximalen Abmessungen). Ohne die oben genannte Konfiguration erfordert WebGL, dass alle Proben von Nicht-Zweierpotenz-Texturen fehlschlagen, indem sie transparentes Schwarz zurückgeben: rgb(0 0 0 / 0%).

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

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

Um also zu verhindern, dass die resultierende Bildtextur bei der Darstellung die falsche Ausrichtung hat, müssen wir auch pixelStorei() mit dem gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL-Parameter auf true setzen — um die Pixel in die von WebGL erwartete Reihenfolge von unten nach oben zu vertauschen.

// 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. Aber bevor wir sie verwenden können, müssen wir die Abbildung der Texturkoordinaten auf die Vertizes 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, und dann binden wir diesen Puffer als das Array, in das wir schreiben werden.

Das textureCoordinates-Array definiert die Texturkoordinaten, die jedem Vertex jeder Fläche entsprechen. Beachten Sie, dass die Texturkoordinaten von 0,0 bis 1,0 reichen; die Abmessungen der Texturen sind für den Zweck der Texturabbildung auf einen Bereich von 0,0 bis 1,0 normalisiert, unabhängig von ihrer tatsächlichen Größe.

Sobald wir das Texturabbildungsarray eingerichtet haben, übergeben wir das Array an den Puffer, sodass WebGL diese Daten für seine Verwendung bereit hat.

Dann geben wir den neuen Puffer zurück.

Als Nächstes müssen wir initBuffers() aktualisieren, um den Texturkoordinatenpuffer anstelle des Farbpuffers 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 Vollfarben zu verwenden.

Wir müssen den Vertex-Shader ersetzen, damit er anstelle der Farbdaten die Texturkoordinaten-Daten 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 anstelle des Farbabruf des Vertex die Texturkoordinaten abrufen und an den Vertex-Shader übergeben; dies zeigt den Ort innerhalb der Textur an, der dem Vertex entspricht.

Der Fragment-Shader muss ebenfalls aktualisiert werden.

const fsSource = `
    varying highp vec2 vTextureCoord;

    uniform sampler2D uSampler;
    out vec4 fragColor;

    void main(void) {
      fragColor = texture(uSampler, vTextureCoord);
    }
  `;

Anstelle eines Farbwerts dem Farbwert des Fragments zuzuweisen, wird die Farbe des Fragments berechnet, indem das Texel (das heißt, das Pixel innerhalb der Textur) basierend auf dem Wert von vTextureCoord, der wie die Farben zwischen den Vertizes interpoliert wird, abgerufen wird.

Da wir ein Attribut geändert und ein Uniform hinzugefügt haben, müssen wir ihre Positionen abfragen.

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 an 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 Code hinzu, um die Textur anzugeben, die auf die Flächen abgebildet werden soll.

// 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 zur Verfügung; die erste davon ist gl.TEXTURE0. Wir sagen WebGL, dass wir Einheit 0 beeinflussen wollen. Dann rufen wir bindTexture() auf, das die Textur an den TEXTURE_2D-Bindepunkt der Textureinheit 0 bindet. Wir teilen dem Shader dann mit, dass für den uSampler Textureneinheit 0 verwendet werden soll.

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

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

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

An diesem Punkt sollte der rotierende Würfel funktionsfähig sein.

Sehen Sie sich den kompletten Code an | Öffnen Sie dieses Demo in einem neuen Tab

Das Laden von WebGL-Texturen unterliegt den Cross-Domain-Zugriffskontrollen. Damit Ihr Inhalt eine Textur von einer anderen Domain laden kann, muss eine CORS-Zulassung eingeholt werden. Siehe HTTP-Zugriffskontrolle für Details zu CORS.

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

Lesen Sie diesen Artikel auf hacks.mozilla.org für eine Erläuterung, wie Sie CORS-zugelassene Bilder als WebGL-Texturen verwenden können.

Beschädigte (schreibgeschützte) 2D-Leinwände können nicht als WebGL-Texturen verwendet werden. Eine 2D-<canvas> wird z. B. beschädigt, wenn ein Cross-Domain-Bild darauf gezeichnet wird.

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