WebGL 有没有办法在片段着色器中加载动态缓冲区？

Question

我有一个片段着色器，可以根据一组参数绘制弧线。这个想法是让着色器分辨率独立，所以我将圆弧的中心和边界半径作为像素值传递到屏幕上。然后，您可以通过将顶点位置设置为正方形来渲染着色器。这是着色器：

precision mediump float;

#define PI 3.14159265359
#define _2_PI 6.28318530718
#define PI_2 1.57079632679

// inputs
vec2 center = u_resolution / 2.;
vec2 R = vec2( 100., 80. );
float ang1 = 1.0 * PI;
float ang2 = 0.8 * PI;
vec3 color = vec3( 0., 1.0, 0. );

// prog vars
uniform vec2 u_resolution;
float smOOth = 1.3;
vec3 bkgd = vec3( 0.0 );    // will be a sampler

void main () {
    // get the dist from the current pixel to the coord.
    float r = distance( gl_FragCoord.xy, center );
    if ( r < R.x && r > R.y ) {

        // If we are in the radius, do some trig to find the angle and normalize
        // to 
        float theta = -( atan( gl_FragCoord.y - center.y, 
                    center.x - gl_FragCoord.x ) ) + PI;

        // This is to make sure the angles are clipped at 2 pi, but if you pass
        // the values already clipped, then you can safely delete this and make
        // the code more efficinent.
        ang1 = mod( ang1, _2_PI );
        ang2 = mod( ang2, _2_PI );

        float angSum = ang1 + ang2;
        bool thetaCond;
        vec2 thBound;   // short for theta bounds: used to calculate smoothing
                        // at the edges of the circle.

        if ( angSum > _2_PI ) {
            thBound = vec2( ang2, angSum - _2_PI );
            thetaCond = ( theta > ang2 && theta < _2_PI ) || 
                        ( theta < thetaBounds.y );
        } else {
            thBound = vec2( ang2, angSum );
            thetaCond = theta > ang2 && theta < angSum;
        }

        if ( thetaCond ) {
            float angOpMult = 10000. / ( R.x - R.y ) / smOOth;
            float opacity = smoothstep( 0.0, 1.0, ( R.x - r ) / smOOth ) - 
                            smoothstep( 1.0, 0.0, ( r - R.y ) / smOOth ) - 
                            smoothstep( 1.0, 0.0, ( theta - thBound.x ) 
                                                    * angOpMult ) - 
                            smoothstep( 1.0, 0.0, ( thBound.y - theta )
                                                    * angOpMult );
            gl_FragColor = vec4( mix( bkgd, color, opacity ), 1.0 );
        } else
            discard;
    } else
        discard;
}

我认为这种绘制圆的方式会产生质量更好的圆，并且比加载一堆顶点和绘制三角形扇形更省事，尽管它可能效率不高。这很好用，但我不只是想画一个固定的圆圈。我想在屏幕上画出我想要的任何圆圈。所以我有一个想法，将“输入”设置为变量，并将带有参数的缓冲区传递给给定边界正方形的每个顶点。所以我的顶点着色器看起来像这样：

attribute vec2 a_square;
attribute vec2 a_center;
attribute vec2 a_R;
attribute float a_ang1;
attribute float a_ang2;
attribute vec3 a_color;

varying vec2 center;
varying vec2 R;
varying float ang1;
varying float ang2;
varying vec3 color;

void main () {
    gl_Position = vec4( a_square, 0.0, 1.0 );

    center = a_center;
    R = a_R;
    ang1 = a_ang1;
    ang2 = a_ang2;
    color = a_color;
}

'a_square' 只是圆所在的边界正方形的顶点。

接下来，我为一个测试圈（在 JS 中）的输入定义一个缓冲区。这样做的一个问题是必须为每个顶点重复圆形参数，对于一个盒子，这意味着四次。 'pw' 和 'ph' 分别是画布的宽度和高度。

var circleData = new Float32Array( [
    pw / 2, ph / 2,
    440, 280,
    Math.PI * 1.2, Math.PI * 0.2,
    1000, 0, 0,

    pw/2,ph/2,440,280,Math.PI*1.2,Math.PI*0.2,1000,0,0,
    pw/2,ph/2,440,280,Math.PI*1.2,Math.PI*0.2,1000,0,0,
    pw/2,ph/2,440,280,Math.PI*1.2,Math.PI*0.2,1000,0,0,
] );

然后我只需将我的数据加载到一个 gl 缓冲区 (circleBuffer) 中并将适当的属性绑定到它。

gl.bindBuffer( gl.ARRAY_BUFFER, bkgd.circleBuffer );
gl.vertexAttribPointer( bkgd.aCenter, 2, gl.FLOAT, false, 0 * floatSiz, 9 * floatSiz );
gl.enableVertexAttribArray( bkgd.aCenter );
gl.vertexAttribPointer( bkgd.aR, 2, gl.FLOAT, false, 2 * floatSiz, 9 * floatSiz );
gl.enableVertexAttribArray( bkgd.aR );
gl.vertexAttribPointer( bkgd.aAng1, 1, gl.FLOAT, false, 4 * floatSiz, 9 * floatSiz );
gl.enableVertexAttribArray( bkgd.aAng1 );
gl.vertexAttribPointer( bkgd.aAng2, 1, gl.FLOAT, false, 5 * floatSiz, 9 * floatSiz );
gl.enableVertexAttribArray( bkgd.aAng2 );
gl.vertexAttribPointer( bkgd.aColor, 3, gl.FLOAT, false, 6 * floatSiz, 9 * floatSiz );
gl.enableVertexAttribArray( bkgd.aColor );

当我加载我的页面时，我确实看到了一个圆圈，但在我看来，半径是唯一真正反映任何类型响应能力的属性。角度、中心和颜色并没有反映它们应该是的值，我完全不知道为什么半径是唯一有效的东西。

尽管如此，这似乎是一种将参数加载到片段着色器以绘制圆的低效方式，因为我必须重新加载框的每个顶点的值，然后 GPU 会无缘无故地插入这些值。有没有更好的方法将属性缓冲区之类的东西传递给片段着色器，或者通常以这种方式使用片段着色器？还是我应该只使用顶点来绘制我的圆圈？

Answer 1

如果您只绘制圆圈​​，则可以使用实例绘图来避免重复信息。

查看此问答：what does instancing do in webgl

或this article

实例化让您每个实例使用一些数据，就像每个圆圈一样。

您还可以使用纹理来存储每个圆的数据或所有数据。看这个问答：How to do batching without UBOs?

效率更高或更低取决于 GPU/驱动程序/操作系统/浏览器。如果您需要绘制 1000 个圆圈，这可能是有效的。大多数应用程序会绘制各种各样的东西，因此会选择更通用的解决方案，除非它们有特殊需要绘制 1000 个圆圈。 此外，它可能效率不高，因为您仍在为正方形中但不在圆形中的每个像素调用片段着色器。对片段着色器的调用比使用三角形多 30%，并且假设您的代码正在绘制适合圆形的四边形。乍一看，您的实际代码正在绘制完整的画布四边形，这是非常低效的。