3.js - 顶点着色器、片元着色器的联系

1、定义与功能

顶点着色器

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	顶点着色器，是图形渲染管线中的第一个可编程阶段，
	
	它的主要任务是，
	
	处理从CPU发送到GPU的顶点数据，包括：
	
		1、顶点位置的变换（如：模型空间 -> 世界空间 -> 视图控件 -> 投影空间的转换）
		
		2、光照计算
		
		3、传递数据到后续的渲染阶段(`传递数据到片元着色器`)

片元着色器

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	片元着色器，是图形渲染管线中处理像素级渲染的阶段，
	
	它接收由`顶点着色器插值得到的片元`（即：屏幕上的像素或像素的候选者），
	
	并生成最终的颜色和其他与像素相关的数据

2、顶点/片元之间的数据传递

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1、顶点数据传递：
	
	顶点着色器处理完顶点数据后，会将结果（包括位置、颜色、纹理坐标等）传递给片元着色器，
	
	这通常是通过 `varying` 变量来实现的，
	
	这些变量，在光栅化阶段被线性插值，以生成每个片元对应的值


2、光照与纹理：
	
	在某些情况下，顶点着色器会执行初步的光照计算，并将结果作为输入，传递给片元着色器，

	片元着色器则负责执行更详细的光照计算，如：计算每个像素上的光照强度和颜色，

	同时，片元着色器还负责纹理映射，即：从纹理中读取颜色信息，并应用到相应的像素上

3、渲染流程

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	在渲染流程中，顶点着色器首先处理顶点数据，然后将处理后的数据传递给光栅化器，

	光栅化器将顶点数据转换为片元数据，并将这些数据，以及顶点着色器输出的varying变量，传递给片元着色器，

	最后，片元着色器处理这些数据，生成最终的颜色值，并将其写入帧缓冲区以供显示

4、关系总结

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依赖关系：

1、
	片元着色器，依赖于，顶点着色器的输出数据，来进行进一步的计算和处理，

	没有顶点着色器提供的顶点数据、varying变量插值结果，片元着色器就无法正常工作。

2、
	顶点着色器和片元着色器共同协作，完成了从顶点数据到像素颜色的整个渲染过程。

码子

vertex.glsl 顶点着色器

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`precision关键字：设置着色器中使用的浮点数精度为lowp（低精度），有助于在不影响视觉效果的情况下提高渲染性能
      precision lowp float;   // 后续，所有浮点数的精度，为lowp（低精度：-2^8 - 2^8）
      precision lowp mediump; // 后续，所有浮点数的精度，为mediump（中精度：-2^10 - 2^10）
      precision lowp highp;   // 后续，所有浮点数的精度，为highp（高精度：-2^16 - 2^16）`
precision lowp float;


`attribute：在顶点着色器中声明变量（在较新的GLSL版本中，attribute已经被in关键字所取代）
  vec3：一个数据类型，代表一个三维向量 `
attribute vec3 position;

uniform mat4 modelMatrix;  `modelMatrix模型矩阵：用于将顶点，从模型空间 -> 世界空间`
uniform mat4 viewMatrix;  `viewMatrix视图矩阵：用于将顶点，从世界空间 -> 观察空间`
uniform mat4 projectionMatrix;  `projectionMatrix投影矩阵：用于将顶点，从观察空间 -> 裁剪空间，并最终映射到屏幕坐标上`

attribute vec2 uv; `uv：每个顶点的纹理坐标（u, v）`
varying vec2 vUv; `vUv：传递给片段着色器的纹理坐标`

// 获取时间
uniform float uTime; `uTime：一个统一变量，用于传递时间信息，可以用于动画效果`

varying float vElevation;

void main() {
    `将输入的纹理坐标传递给片段着色器`
    vUv = uv;

     `用于，将顶点的位置，从模型空间 -> 世界空间`
    vec4 modelPosition = modelMatrix*vec4(position, 1.0);

    `顶点着色器，处理的每个顶点都有一个位置(position)，这个位置是一个三维向量(vec3)，包含x、y、z三个坐标`
    // modelPosition.x += 1.0;
    // modelPosition.z += 1.0;
    // modelPosition.z += modelPosition.x;


    ` 1、
        通过，正弦函数，动态地调整顶点的z坐标，创建了一种基于时间和顶点位置的波动效果
        基于顶点x坐标和时间的正弦波值，并将其幅度缩放为原始值的5%，
        意味着，
        随着uTime（时间）的增加，顶点的z坐标，将根据其在x轴上的位置以正弦波的形式变化。
      2、
        sin((modelPosition.x + uTime) * 10.0)，为什么乘以10呢？
        因为，正弦函数sin的周期是2π，
        意味着，它完成一个完整的波形（从0到1，再到0）需要2π个单位
        但是，
        对(modelPosition.x + uTime)乘以10之后，
        实际上，是在对，正弦函数sin的周期，进行缩放，
        使得原本需要2π单位才能完成的波形，现在只需要(2π / 10) = 0.2π单位，就能完成一次完整的周期，
        所以，乘以10.0，
        意味着，
        波形在相同的空间或时间范围内，完成了更多的周期，从而增加了波形的频率 `
    modelPosition.z = sin((modelPosition.x+uTime)*10.0)*0.05;
    modelPosition.z += sin((modelPosition.y+uTime)*10.0)*0.05;

    vElevation = modelPosition.z; `将调整后的z值传递给片段着色器`

    `计算顶点在裁剪空间中的位置`
    gl_Position = projectionMatrix*viewMatrix*modelPosition;
}

码子

fragment.glsl文件片元着色器

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precision lowp float; `设置着色器中使用的浮点数精度为lowp（低精度），有助于在不影响视觉效果的情况下提高渲染性能`

varying vec2 vUv; `顶点着色器传过来的，表示，每个片段（像素）在纹理图像上的UV坐标`

varying float vElevation; `顶点着色器传过来的，表示，每个顶点的高度信息，这里用它来影响片段的颜色`

uniform sampler2D uTexture; `这是一个统一变量，指向一个二维纹理图像`

void main() {
    // gl_FragColor = vec4(vUv, 0.0, 1.0);
    // float height = vElevation + 0.05 * 10.0;
    // gl_FragColor = vec4(1.0*height,0.0, 0.0, 1.0);

    // 根据UV，取出对应的颜色
    float height = vElevation+0.05*20.0; `将顶点的高度vElevation，增加了一个固定值`

    `使用texture2D函数，根据UV坐标，从uTexture纹理中采样颜色，
     texture2D函数，返回的是一个包含RGBA四个分量的vec4向量`
    vec4 textureColor = texture2D(uTexture, vUv);

    `将采样得到的纹理颜色（仅RGB部分）与计算出的高度值相乘，
     意味着，高度越高，纹理颜色会越亮（或越深，取决于纹理颜色的初始亮度）
     这是一个简单的，颜色调制过程，用于，根据高度信息，改变纹理的视觉效果`
    textureColor.rgb *= height;

    `设置片段颜色，gl_FragColor就是，片段着色器输出的颜色，将用于渲染到屏幕上`
    gl_FragColor = textureColor;
}