譯序
Three.js是一個(gè)偉大的開(kāi)源WebGL庫(kù)，WebGL允許JavaScript操作GPU，在瀏覽器端實(shí)現(xiàn)真正意義的3D。但是目前這項(xiàng)技術(shù)還處在發(fā)展階段，資料極為匱乏，愛(ài)好者學(xué)習(xí)基本要通過(guò)Demo源碼和Three.js本身的源碼來(lái)學(xué)習(xí)。

0.簡(jiǎn)介
之前我已經(jīng)給出了一篇《開(kāi)始使用Three.js》。如果你還沒(méi)有讀過(guò)，你可能需要去讀一下，本文的基礎(chǔ)是在那一篇教程的基礎(chǔ)上完成的。

我想討論一下著色器。在Three.js幫助你免去了很多麻煩之前，原生WebGL就很優(yōu)秀了。有的時(shí)候，你也許會(huì)想要完成一些特定的效果，或者想對(duì)呈現(xiàn)在你的屏幕上的東西鉆研得更深入一些，那么著色器一定會(huì)進(jìn)入你的視野。如果你像我一樣，你也同樣希望實(shí)現(xiàn)一些比上一篇教程中的基礎(chǔ)更加有意思的東西。這篇教程中，我會(huì)講解Three.js的基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)實(shí)際上為我們做了很多枯燥的工作。
在開(kāi)始之前我還要說(shuō)，這篇教程會(huì)有相當(dāng)多的篇幅在解釋著色器的代碼，之后會(huì)有一篇教程會(huì)在著色器代碼的基礎(chǔ)上前進(jìn)一點(diǎn)，利用著色器去做點(diǎn)什么。這是因?yàn)橹鱯haders第一眼看上去并不易懂，需要一些解釋。
1.兩種著色器
WebGL沒(méi)有固定的渲染管線，你無(wú)法直接使用一個(gè)黑盒子式的著色器（譯者注：上個(gè)世紀(jì)的顯卡基本都只支持固定渲染管線）；WebGL提供的是可編程的管線，這種方式更強(qiáng)大但也更難理解和使用。長(zhǎng)話短說(shuō)，可編程渲染管線意味著編寫(xiě)程序的人要自己負(fù)責(zé)獲取頂點(diǎn)并將它繪制在屏幕上了。著色器是渲染管線的一部分，有兩種著色器：
1.頂點(diǎn)著色器
2.片元著色器
你應(yīng)當(dāng)知道的是，這兩種著色器都完全運(yùn)行在顯卡的GPU上，我們將需要它們處理的數(shù)據(jù)從CPU上卸下，裝到GPU上，減輕了CPU的復(fù)旦?，F(xiàn)代的GPU對(duì)著色器需要的調(diào)用的運(yùn)算類(lèi)型都做了大幅優(yōu)化，這樣做很值得。
2.頂點(diǎn)著色器
基元形狀，比如一個(gè)球體，是由頂點(diǎn)構(gòu)成的，是吧？頂點(diǎn)著色器被依次傳入這些頂點(diǎn)中的一個(gè)頂點(diǎn)，然后處理它。如何處理每個(gè)頂點(diǎn)是可以自由定制的，但頂點(diǎn)著色器有一個(gè)必做的事，就是為一個(gè)名為 gl_Position 的變量賦值，該變量是一個(gè)4維數(shù)組，表示該頂點(diǎn)最終在屏幕上的位置。這本身是個(gè)有意思的過(guò)程，因?yàn)槲覀儗?shí)際上在談?wù)撊绾螌⒁粋€(gè)三維坐標(biāo)（一個(gè)具有x、y、z值得頂點(diǎn)）轉(zhuǎn)化為，或者說(shuō)投影到二維的屏幕上。謝天謝地，要是我們使用Three.js之類(lèi)的工具，我們能夠如此方便地訪問(wèn)到 gl_Position 。
3.片元著色器
現(xiàn)在我們有包含頂點(diǎn)的三維物體了，現(xiàn)在要將物體投影到二維屏幕上了，但顏色哪里去了？紋理和光照呢？這正是片元著色器要處理的。
和頂點(diǎn)著色器類(lèi)似，片元著色器有一項(xiàng)必須完成的任務(wù)：設(shè)置或消除變量 gl_FragColor ，另一個(gè)四維浮點(diǎn)變量，也就是片元點(diǎn)最終的顏色。什么是片元？想象一個(gè)具有三個(gè)頂點(diǎn)的三角形，片元就是經(jīng)過(guò)這三個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算后的，所有在三角形內(nèi)部的點(diǎn)。因此，片元值由頂點(diǎn)的值內(nèi)插生成。如果一個(gè)頂點(diǎn)的顏色是紅色，相鄰頂點(diǎn)的顏色是藍(lán)色，那么我們可以觀測(cè)到顏色從紅色頂點(diǎn)附近漸變，由紅色變成紫色，最終在藍(lán)色頂點(diǎn)附近變成藍(lán)色。
4.著色器變量
說(shuō)到著色器變量，有三種：Uniforma，Attributes和Varyings。當(dāng)我第一次聽(tīng)到這三個(gè)詞語(yǔ)時(shí)，我很困惑，因?yàn)樗鼈兒臀抑坝玫降臇|西完全不匹配。但現(xiàn)在，你可以這樣理解它們：
1.Uniforms變量既可以傳入頂點(diǎn)著色器，也可以傳入片元著色器，它們包含了哪些在整個(gè)渲染過(guò)程中保持不變的變量，比如，一個(gè)點(diǎn)光源的位置。
2.Attributes變量對(duì)應(yīng)于每個(gè)頂點(diǎn)，它們只可以傳入頂點(diǎn)著色器中，比如每個(gè)頂點(diǎn)都具有一個(gè)顏色。Attributes變量和頂點(diǎn)的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的。
3.Varyings變量是在頂點(diǎn)著色器中定義，并且準(zhǔn)備傳入給片元著色器的變量。為了確保這點(diǎn)，我們需要確保在兩個(gè)著色器中變量的類(lèi)型和命名完全一致。一個(gè)經(jīng)典的應(yīng)用是法線向量，因?yàn)樵谟?jì)算光照的時(shí)候需要用到法線。
在后面一篇教程中，我會(huì)使用這三種變量，你也會(huì)學(xué)習(xí)到這三種變量如何真正應(yīng)用起來(lái)得。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)談過(guò)了頂點(diǎn)著色器、片元著色器和三種著色器變量。是時(shí)候來(lái)看一個(gè)我們可以創(chuàng)建的最簡(jiǎn)單的著色器了。
5.Hello World（譯者吐槽：能不能不要秀法語(yǔ)?。?/STRONG>
這兒有一個(gè)最簡(jiǎn)單的頂點(diǎn)著色器：

復(fù)制代碼 代碼如下:

/**
* 每個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)乘以模型視圖矩陣在乘以投影矩陣
* 獲得在二維屏幕上的坐標(biāo)
*/
void main() {
gl_Position = projectionMatrix *
modelViewMatrix *
vec4(position,1.0);
}

一個(gè)最簡(jiǎn)單的片元著色器：

復(fù)制代碼 代碼如下:

/**
* 將任意一個(gè)像元色設(shè)置為粉紅
*/
void main() {
gl_FragColor = vec4(1.0, // R
0.0, // G
1.0, // B
1.0); // A
}

這就是全部了。如果現(xiàn)在直接運(yùn)行的話，你就可以在屏幕上看到一個(gè)“無(wú)光”的粉紅色形體。不是很復(fù)雜，是嗎？

在頂點(diǎn)著色器中，我們通過(guò)Three.js傳入了一些uniforms變量。有兩個(gè)4×4的矩陣uniforms變量：模型視圖矩陣和投影矩陣。你并不需要太了解這兩個(gè)矩陣是怎么工作的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這兩個(gè)矩陣描述了三維點(diǎn)坐標(biāo)如何投影成為二維屏幕上的坐標(biāo)。

事實(shí)上，我只介紹了這兩段簡(jiǎn)短的代碼段。Three.js在你自己的著色器代碼前已經(jīng)將它們加進(jìn)來(lái)了，所以你不必?fù)?dān)心。實(shí)話說(shuō)，Three.js還加了很多東西在你的代碼前面，比如光照數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)顏色和節(jié)點(diǎn)法向量等等。如果沒(méi)有Three.js你要親自創(chuàng)建并設(shè)置這些對(duì)象，真的。
6.使用著色器材質(zhì)

復(fù)制代碼 代碼如下:

/**
* 假設(shè)我們可以使用JQuery
* 將著色器的代碼文本從DOM中抽取出來(lái)
*/
var vShader = $('vertexshader');
var fShader = $('fragmentshader');
var shaderMaterial =
new THREE.ShaderMaterial({
vertexShader: vShader.text(),
fragmentShader: fShader.text()
});

從這兒開(kāi)始，Three.js將會(huì)編譯并運(yùn)行你的著色器，將其連接在你創(chuàng)建的材質(zhì)上，材質(zhì)又依附于你創(chuàng)建的mesh上。它并沒(méi)有變得比真的更容易。也許是這樣吧，但我們?cè)诳紤]瀏覽器3D編程，我想你應(yīng)該預(yù)期，這個(gè)話題是有一定復(fù)雜性的。

我們還可以像著色器材質(zhì)添加另外兩種屬性：uniforms和attributes。他們可以是向量、整數(shù)或者浮點(diǎn)數(shù)，但是如我之前所說(shuō)，uniforms變量在計(jì)算所有點(diǎn)的過(guò)程中保持不變，所以它們更加可能是單一的值，而attributes變量是對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)而言的，所以他們應(yīng)當(dāng)是數(shù)組。在一個(gè)mesh中，attribute變量和頂點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是一一對(duì)應(yīng)的。
7.小結(jié)
這篇教程就到這里了，實(shí)際上我已經(jīng)講得很多了，但是在許多方面我都只是一掠而過(guò)。在下一篇教程中我會(huì)提供一個(gè)復(fù)雜的著色器，通過(guò)它我將傳入一些attributes變量和uniforms變量來(lái)做一些模擬光照效果。
我將這篇教程的源碼打包了，你可以下載下來(lái)作為參考

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