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教你用webgl快速创建一个小世界,用webgl打造一款

教你用webgl急速创设二个小世界

2017/03/25 · HTML5 · AlloyTeam

原著出处: AlloyTeam   

Webgl的吸重力在于能够成立一个投机的3D世界,但绝相比较canvas2D来讲,除了物体的移动旋转换换完全依附矩阵扩张了复杂度,就连生成贰个物体都变得很复杂。

怎么?!为啥不用Threejs?Threejs等库确实能够一点都不小程度的增长支付功用,何况各地点封装的不胜棒,可是不推荐初专家直接信赖Threejs,最棒是把webgl各地方都学会,再去拥抱Three等相关库。

上篇矩阵入门中牵线了矩阵的基本知识,让我们探听到了基本的仿射转变矩阵,能够对实体举行活动旋转等变化,而那篇小说将教我们迅快速生成成多个实体,并且结合转变矩阵在物体在你的世界里动起来。

注:本文契合微微有一点点webgl根底的人同学,起码知道shader,知道什么画一个实体在webgl画布中

用webgl构建风度翩翩款轻松第3个人称音乐游戏

2016/11/03 · HTML5 · 1 评论 · WebGL

初藳出处: AlloyTeam   

背景:不知道我们还记不记得上次优越3D迷宫游戏,有同事吐槽说游戏个中有一个十字瞄准镜,就感觉少了风华正茂把枪。好呢,那本次就带给意气风发款第一个人称格不闻不问游戏。写demo练习,所以依然用的原生webgl,这一次重视会说一下webgl中关于录像头相关的知识,点开全文在线试玩~~

 

simpleFire在线试玩:

simpleFire源码地址:

说明:

打闹比较容易(所以叫simpleFire)……可是也勉强算是风华正茂款第4个人称ACG游戏啊~

由于时间很简单,此次的确不是懒!!相信笔者!!所以分界面超级丑,见谅见谅(讲良心说,那比3D迷宫真的走心多了……卡塔尔国

上次3D迷宫小说主要介绍了迷宫的二种算法,webgl没怎么讲,那篇作品会首要讲下webgl中摄像机相关的学识,webgl基本功知识会不难带一下

最后贴一下上次3D迷宫的地点:

 

1、游戏准备:

做风华正茂款游戏和做多个品种是均等的,无法刚有主张了就一贯开头撸代码。一个前端项目也许要考虑框架选型、选取何种塑造、设计格局等等;而一款游戏,在规定游戏项目之后,要构思游戏玩的方法,游戏场景,游戏关卡,游戏建立模型美术等等,而那么些洋洋都是非代码本领层面包车型客车,在真的的三13日游支付中会有特意那多少个世界的人去负担,所以意气风发款好的游玩,每七个环节都不可缺乏。

地点是有关游戏支付的碎碎念,上面起头确实的任课simpleFire那款游戏。

试玩之后大家应该会开掘游戏整个场地极度轻松,豆蔻梢头把枪,四面墙,墙上边有对象,将富有的对象都打掉则游戏结束,最终的游玩分数是: 击中指标数 + 剩余时间转变。那个时候读者或许心里体会:这尼玛在逗笔者呢,那也太简单了啊。先别急,接下去说上游戏筹划进度中境遇的坑点

因为是3D游戏,而且关乎到了不一致的物体在3D空间中存在(枪、靶子、墙卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,早前那3D迷宫考虑专门的工作之所以轻便是空间中悠久就唯有“墙”那一个事物。

要让枪、靶子、墙那么些事物同处贰个空间内很简短,把她们顶点音信写进shader就能够了嘛

(在那处思谋到恐怕有没接触过webgl的同桌,所以简介一下,canvas是目的级其他画板操作,drawImage画图片,arc画弧度等,那些都以指标等级操作。而webgl是片元级操作,片元在这里处能够先老妪能解为像素,只是它比像素含有越来越多的音讯。下面所说的把极点信息写进shader,能够领略为把枪、靶子、墙这个事物的坐标地方画进canvas。先就好像此敞亮着往下看呢~如若canvas也不掌握那就不可能了。。。卡塔尔国

极点消息从哪来?日常是设计员建立模型弄好了,导成相关文书给开拓者,地方、颜色等等都有。不过……作者那边未有别的有关音讯,全体得投机来做。

和睦左右又不曾规范的建立模型工具,那该怎么变迁极点消息?用脑补 + 代码生成……事先申明,那是豆蔻年华种很不对十分不对头的章程,本人写点demo能够那样玩,不过分娩中千万别那样。

这边就用生成枪来比喻,大家精通普通制式手枪长180mm到220mm左右,在此地取20cm,并将其尺寸微微小于视锥体近平面包车型客车尺寸,视锥体近平面也看作为显示屏中webgl画布的增长幅度。所以大家转移的枪理论上应该是那样的,如图所示:

图片 1

好了,枪的百分比明确往后将要结成webgl坐标系生成极点音信了,webgl坐标系和canvas2D坐标系有相当大的不等,如图:

图片 2

因为是代码手动生成顶点消息,用-1~1写起来有一点点痛心,所以这里大家先松手10倍,前面在把除回去,蛋疼吧,那正是不走正途的代价……

代码该怎么变化极点音信吗?用代码画豆蔻梢头把枪听上去很难,不过用代码画一条线、画四个圆、画贰个正方体等,这么些信手拈来吧,因为这几个是骨干图形,有数学公式能够赢得。一个目迷五色的模子,我们无法直接分明极点信息,那就只可以通过种种简单模型去拼凑了,下边那几个页面正是轻易的拆分了下枪的模型,能够观察是各种轻松子模型拼凑而成的(表达:建立模型变成的也是东挪西撮,不过它的一块块子模型不是靠简单图形函数方法生成卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎。

手枪生成呈现:

这种格局有啥样坏处:专门的学业量大并且欠雅观、扩张性差、可控性差

这种艺术有啥样好处:练习空间想象力与数学函数应用吧……

介绍了那样多,其实就想说:这么恶心且徒劳无益的活作者都干下去了,真的走心了!

切切实实怎么用简短图形函数生成的子模型能够看代码,代码看起来照旧比较轻便,有自然立体几何空间想象力就好,这里不细讲,毕竟极度特不推荐那样玩。

枪建立模型相关代码地址:

 

2、游戏视角

首古时候的人称竞速游戏玩的是哪些?便是什么人开枪开的准,这一个是永久不改变的,固然是OW,在大家套路都打听、可以见招拆招的情形下,最终也是比枪法哪个人越来越准。那么枪法准是怎么样呈现的呢?正是经过活动鼠标的速度与正确度来展现(这里没有何IE3.0……卡塔 尔(英语:State of Qatar),对于游戏用户来讲,手中移动的是鼠标,映射在荧屏上的是准心,对于开荒者来讲,一抬手一动脚的是观念,也便是3D世界中的录制头!

先说下摄像头的基本概念和文化,webgl中默许的录制头方向是向阳Z轴的负方向,随手画了图表示下(已知丑,轻调侃卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎

图片 3

摄像头地方不改变,同二个物体在不一样职位能给大家不一致的心得,如下

图片 4 图片 5

录像头地方变动,同一个实体地点不改变,也能给我们差异的感触,如下

图片 6 图片 7

等等!那不啻并从未什么样界别啊!感到上正是实体开采了变动啊!确实那样,就恍如你在车的里面,看窗外飞驰而过的山明水秀那般道理。

摄像头的成效也正是改革物体在视锥体中之处,物体移动的功力也是更动其在视锥体中的地方!

熟练webgl的中的同学理解

JavaScript

gl_Position = uPMatrix * uVMatrix * uMMatrix * aPosition;

1
gl_Position = uPMatrix * uVMatrix * uMMatrix * aPosition;

对此不理解的校友,能够那样精晓

gl_Position是最终显示器上的尖峰,aPosition是早先时期大家调换的模型极点

uMMatrix是模型转变矩阵,譬如大家想让实体移动、旋转等等操作,能够另行实行

uPMatrix是投影转换矩阵,就精晓为3维物体能在2D显示屏上出示最为关键的一步

uVMatrix是视图调换矩阵,正是中流砥柱!大家用它来改造录制头的职位

咱俩的机要也正是玩转uVMatrix视图矩阵!在那处,用过threejs恐怕glMatrix的同校确定就很好奇了,这里有怎样好钻探的,间接lookAt不就不消除了么?

真正lookAt正是用来操作视图矩阵的,考虑到没用过的客户,所以那边先说一下lookAt那一个艺术。

lookAt作用如其名,用来认同3D世界中的摄像机方向(操作视图矩阵卡塔尔,参数有3个,第二个是眼睛的地点,第二个是眼睛看向目的的岗位,第七个是坐标的正上方向,能够想像成脑部的朝上方向。

用图来显示的话正是如下图(已知丑,轻戏弄卡塔尔国:

图片 8

知情了lookAt的用法,接下去大家来看一下lookAt的原理与完结。lookAt既然对应着视图矩阵,将它的结果想象成矩阵VM

我们明白webgl中先前时代的坐标系是这么的

图片 9

那么意气风发旦大家领会最终的坐标系,就足以逆推出矩阵VM了。这么些轻便计算,结果如下

图片 10

来,重放一下lookAt第一个和第4个参数,眼睛的职位眼睛看向指标的岗位,有了那多少个坐标,最后坐标系的Z是或不是规定了!,尾数参数是正上方向,是还是不是Y也显著了!

敏感的校友见到有了Z和Y,立马想到能够用叉积算出X,不知晓哪些是叉积的能够寻觅一下(学习webgl一定要对矩阵熟习,那个知识是根基卡塔 尔(英语:State of Qatar)

那样大家就非常轻易欢跃的搜查捕获了VM,不过!如同有个别胡言乱语

本身VM是没极度的,关键在于这么使用它,比方说我平素lookAt(0,0,0, 1,0,0, 0,1,0)使用,能够精通那儿大家的视界是X轴的正方向,但纵然本身鼠标随便晃一个地点,你能便捷的通晓那七个参数该怎么传么?

因近年来后的目的正是通过鼠标的偏移,来测算出lookAt的五个参数,先上代码~

JavaScript

var camera = {     rx: 0,     ry: 0,     mx: 0,     my: 0,     mz: 0,     toMatrix: function() {         var rx = this.rx;         var ry = this.ry;         var mx = this.mx;         var my = this.my;         var mz = this.mz;           var F = normalize3D([Math.sin(rx)*Math.cos(ry), Math.sin(ry), -Math.cos(rx) * Math.cos(ry)]);           var x = F[0];         var z = F[2];           var angle = getAngle([0, -1], [x, z]);             var R = [Math.cos(angle), 0, Math.sin(angle)];           var U = cross3D(R, F);           F[0] = -F[0];         F[1] = -F[1];         F[2] = -F[2];           var s = [];           s.push(R[0], U[0], F[0], 0);         s.push(R[1], U[1], F[1], 0);         s.push(R[2], U[2], F[2], 0);           s.push(             0,             0,             0,             1         );           return s;     } };

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var camera = {
    rx: 0,
    ry: 0,
    mx: 0,
    my: 0,
    mz: 0,
    toMatrix: function() {
        var rx = this.rx;
        var ry = this.ry;
        var mx = this.mx;
        var my = this.my;
        var mz = this.mz;
 
        var F = normalize3D([Math.sin(rx)*Math.cos(ry), Math.sin(ry), -Math.cos(rx) * Math.cos(ry)]);
 
        var x = F[0];
        var z = F[2];
 
        var angle = getAngle([0, -1], [x, z]);
 
 
        var R = [Math.cos(angle), 0, Math.sin(angle)];
 
        var U = cross3D(R, F);
 
        F[0] = -F[0];
        F[1] = -F[1];
        F[2] = -F[2];
 
        var s = [];
 
        s.push(R[0], U[0], F[0], 0);
        s.push(R[1], U[1], F[1], 0);
        s.push(R[2], U[2], F[2], 0);
 
        s.push(
            0,
            0,
            0,
            1
        );
 
        return s;
    }
};

此地封装了八个精简的camera对象,里面有rx对应鼠标在X方向上的移位,ry对应鼠标在Y方向上的移动,那几个大家能够透过监听鼠标在canvas上的风浪轻易得出。

JavaScript

var mouse = {     x: oC.width / 2,     y: oC.height / 2 };   oC.addEventListener('mousedown', function(e) {     if(!level.isStart) {         level.isStart = true;         level.start();     }     oC.requestPointerLock(); }, false);   oC.addEventListener("mousemove", function(event) {       if(document.pointerLockElement) {           camera.rx += (event.movementX / 200);         camera.ry += (-event.movementY / 200);     }       if(camera.ry >= Math.PI/2) {         camera.ry = Math.PI/2;     } else if(camera.ry <= -Math.PI/2) {         camera.ry = -Math.PI/2;     }      }, false);

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var mouse = {
    x: oC.width / 2,
    y: oC.height / 2
};
 
oC.addEventListener('mousedown', function(e) {
    if(!level.isStart) {
        level.isStart = true;
        level.start();
    }
    oC.requestPointerLock();
}, false);
 
oC.addEventListener("mousemove", function(event) {
 
    if(document.pointerLockElement) {
 
        camera.rx += (event.movementX / 200);
        camera.ry += (-event.movementY / 200);
    }
 
    if(camera.ry >= Math.PI/2) {
        camera.ry = Math.PI/2;
    } else if(camera.ry <= -Math.PI/2) {
        camera.ry = -Math.PI/2;
    }
    
}, false);

lockMouse+momentX/Y对于游戏支付来讲是实在好用啊!!不然本人来写一流蛋疼还只怕会稍为难点,安利大器晚成大家一波,用法也很粗大略。

鼠标在X方向上的位移,在3D空间中,其实就是围绕Y轴的团团转;鼠标在Y方向上的移动,其实正是环绕X轴的旋转,这么些理应能够脑补出来吧

那么难点来了,围绕Z轴的转动呢??这里笔者未曾思谋围绕Z轴的团团转啊,因为游戏没用到嘛,第壹位称射击的游乐少之又少会有围绕Z轴旋转的情景吧,那多少个日常是医治骨关节炎用的。纵然不思考,不过原理都以千篇朝气蓬勃律的,能够推出去,风乐趣的伴儿能够团结研讨下。

咱俩将rx和ry拆看来看,首先就只看rx对起来视界(0, 0, -1)的震慑,经过三角函数的调换之后应该是( Math.sin(rx), 0, -Math.cos(rx) ),这里就不画图解释了,三角函数基本知识

下一场再考虑( Math.sin(rx), 0, -Math.cos(rx) )透过了ry的转换会怎么着,其实正是将( Math.sin(rx), 0, -Math.cos(rx) )与ry的变型映射到y-z坐标系下边,再用三角函数知识得出( Math.sin(rx)*Math.cos(ry), Math.sin(ry), -Math.cos(rx) * Math.cos(ry) )

时期清楚不了的同班能够闭上眼睛好好脑部时而调换的镜头……

由此这两步最后我们获取了通过调换之后的视野方向F(少了Z轴方向的团团转,其实正是再多一步卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,也正是lookAt函数中的前多个函数得出来的值,然后再总括二个值就ok了,代码中大家求的是X轴的正方向

代码在刚刚封装的camera中是这几行

JavaScript

var x = F[0]; var z = F[2];   var angle = getAngle([0, -1], [x, z]);

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var x = F[0];
var z = F[2];
 
var angle = getAngle([0, -1], [x, z]);

angle得出了最终的意见方向(-Z卡塔尔和中期视界方向在x-z坐标系中的偏转角,因为是x-z坐标系,所以最先的X正方向和结尾的X正方向偏移角也是angle

JavaScript

function getAngle(A, B) {     if(B[0] === 0 && A[0] === 0) {         return 0;     }       var diffX = B[0] - A[0];     var diffY = B[1] - A[1];       var a = A[0] * B[0] + A[1] * B[1];     var b = Math.sqrt(A[0] * A[0] + A[1] * A[1]);     var c = Math.sqrt(B[0] * B[0] + B[1] * B[1]);       return (B[0] / Math.abs(B[0])) *  Math.acos(a / b / c); }

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function getAngle(A, B) {
    if(B[0] === 0 && A[0] === 0) {
        return 0;
    }
 
    var diffX = B[0] - A[0];
    var diffY = B[1] - A[1];
 
    var a = A[0] * B[0] + A[1] * B[1];
    var b = Math.sqrt(A[0] * A[0] + A[1] * A[1]);
    var c = Math.sqrt(B[0] * B[0] + B[1] * B[1]);
 
    return (B[0] / Math.abs(B[0])) *  Math.acos(a / b / c);
}

因此轻易的三角函数拿到了最终X轴的正方向Odyssey(注意:没思量围绕Z轴的转动,否则要麻烦一些卡塔尔国

再用叉积得到了最终Z轴的正方向U,然后不忘记,以前F是视界方向,也便是Z轴正方向的相反方向,所以取反操作不要忘记了

Escort、U、-F都获得了,也就收获了末了的VM视图矩阵!

实则呢,在未有运动的情事下,视图矩阵和模型转变矩阵也正是旋转方向不生机勃勃致,所以上述的文化也足以用在推演模型调换矩阵里面。就算带上了移动也不劳动,牢牢记住模型转变矩阵须求先活动、再旋转,而视图调换矩阵是先旋转、再平移

玩耍中摄像机相关的学问就先讲到这里了,倘诺有不驾驭的同学能够留言切磋。

自然那不是唯后生可畏的不二诀要,simpleFire这里未有设想平移,不思索平移的景况下,其实正是终极就是要生成二个3维旋转矩阵,只不过使用的是生龙活虎种逆推的法子。其他还应该有一点欧拉角、依次2维旋转等等格局,都足以拿走结果。不过这么些都比较信任矩阵和三角函数数学知识,是否当今极端的牵挂当年的数学老师……

 

3、命中质量评定

我们玩转了录像头,然后正是枪击了,开枪自己相当的粗略,不过得构思到枪有未有打中人啊,那然而关于到客商得分以至是敌小编的死活。

我们要做的做事是判别子弹有未有击中目的,听上去疑似碰撞检查评定有未有!来,记忆一下在2D中的碰撞检查测量检验,我们的检查测验都是根据AABB的点子检验的,相当于依据对象的重围框(对象top、left、width、height卡塔尔产生,然后坐标(x, y卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎与其总结来判别碰撞意况。这种措施有三个败笔,便是非矩形的检验大概有标称误差,比方圆、三角形等等,毕竟包围框是矩形的嘛。dntzhang所支付出的AlloyPage游戏引擎中有音乐大师算法完美的解决了这些毛病,将检验粒度由对象形成了像素,感兴趣的同室能够去商量一下~这里临时不提,我们说的是3D检查评定

紧凑构思3D世界中的物体也可以有包围框啊,更确切的正是包围盒,这样说来应该也可以用2D中AABB情势来检查评定啊。

真正能够,只要大家将触发鼠标事件拿到的(x, y卡塔尔国坐标经过各样转变矩阵调换为3D世界中的坐标,然后和模型举办李包裹围盒检查实验,也足以获得碰撞的结果。对开垦者来讲挺麻烦的,对CPU来讲就更麻烦了,这里的总计量实乃太大了,假如世界中唯有生龙活虎四个物体幸而,假设有一大票物体,这检测的总计量实乃太大了,十分不可取。有未有越来越好的艺术?

有,刚刚这种办法,是将2D中(x, y卡塔 尔(英语:State of Qatar)经过矩阵调换成3D世界,还会有大器晚成种方法,将3D世界中的东西转换来2D平面中来,那正是帧缓冲技能。帧缓冲但是一个好东西,3D世界中的阴影也得靠它来落实。

这里用一句话来直观的介绍帧缓冲给不领悟的同室:将索要绘制在显示器上的图像,越是灵活管理的后制图在内存中

如图相比一下simpleFire中的帧缓冲图疑似怎么着的

图片 11例行游玩画面

图片 12帧缓冲下的画面

意识整整社会风气中唯有靶子有颜色对不对!那样大家读取帧缓冲图像中有些点的rgba值,就清楚对应的点是或不是在对象上了!实现了坐标碰撞检查评定!

事先说的进一层灵敏的处理,正是指渲染时对各种模型颜色的拍卖

检查测试代码如下:

JavaScript

oC.onclick = function(e) {     if(gun.firing) {         return ;     }     gun.fire();       var x = width / 2;     var y = height / 2;          webgl.uniform1i(uIsFrame, true);     webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, framebuffer);     webgl.clear(webgl.COLOR_BUFFER_BIT | webgl.DEPTH_BUFFER_BIT);       targets.drawFrame();       var readout = new Uint8Array(1*1*4);       // webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, framebuffer);     webgl.readPixels(x, y, 1, 1, webgl.RGBA, webgl.UNSIGNED_BYTE, readout);     webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, null);       targets.check(readout);       webgl.uniform1i(uIsFrame, false); };   /* targets下的check方法 */ check: function(arr) {     var r = '' + Math.floor(arr[0] / 255 * 100);     var g = '' + Math.floor(arr[1] / 255 * 100);     var b = '' + Math.floor(arr[2] / 255 * 100);     var i;     var id;       for(i = 0; i < this.ids.length; i++) {         if(Math.abs(this.ids[i][0] - r) <= 1 && Math.abs(this.ids[i][1] - g) <= 1 && Math.abs(this.ids[i][2]

  • b) <= 1) {             console.log('命中!');             id = this.ids[i][0] + this.ids[i][1] + this.ids[i][2];             this[id].leave();             score.add(1);             level.check();             break ;         }     } }
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oC.onclick = function(e) {
    if(gun.firing) {
        return ;
    }
    gun.fire();
 
    var x = width / 2;
    var y = height / 2;
    
    webgl.uniform1i(uIsFrame, true);
    webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, framebuffer);
    webgl.clear(webgl.COLOR_BUFFER_BIT | webgl.DEPTH_BUFFER_BIT);
 
    targets.drawFrame();
 
    var readout = new Uint8Array(1*1*4);
 
    // webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, framebuffer);
    webgl.readPixels(x, y, 1, 1, webgl.RGBA, webgl.UNSIGNED_BYTE, readout);
    webgl.bindFramebuffer(webgl.FRAMEBUFFER, null);
 
    targets.check(readout);
 
    webgl.uniform1i(uIsFrame, false);
};
 
/* targets下的check方法 */
check: function(arr) {
    var r = '' + Math.floor(arr[0] / 255 * 100);
    var g = '' + Math.floor(arr[1] / 255 * 100);
    var b = '' + Math.floor(arr[2] / 255 * 100);
    var i;
    var id;
 
    for(i = 0; i < this.ids.length; i++) {
        if(Math.abs(this.ids[i][0] - r) <= 1 && Math.abs(this.ids[i][1] - g) <= 1 && Math.abs(this.ids[i][2] - b) <= 1) {
            console.log('命中!');
            id = this.ids[i][0] + this.ids[i][1] + this.ids[i][2];
            this[id].leave();
            score.add(1);
            level.check();
            break ;
        }
    }
}

况且以此法子火速,总结量都在GPU里面,这种数学计算的频率GPU是比CPU快的,GPU依旧并行的!那守旧的AABB法还会有存在的意思么?

骨子里是部分,因为精确,能够在包围盒中总括得到切实的碰撞点地点,那是帧缓冲法所达不到的

举个例证,第一位称SLG游戏中的爆头行为,能够在帧缓冲元帅人物模型中身体和头用分歧颜色区分出来,那样能够质量评定出碰撞的是头仍然人身。这种情景下帧缓冲方法还hold住

那借使是想获取打靶中实际的职位,留下子弹的印痕呢?这里帧缓冲方法就死也做不到了。

一级实践正是在亟需高精度复杂现象下的碰撞检验能够将二种办法结合使用:用帧缓冲去掉多余的物体,缩短古板AABB法的总括量,最终赢得具体地点。

simpleFire这里就没那样折腾了……只要射到靶上打哪都以得分~~~

 

4、碎碎念

至于simpleFire想讲的事物也就说完了,本身也并未有怎么技术难题,小说的终极生龙活虎节也聊生机勃勃聊关于webgl

事先早就说了与canvas之间的界别,是从Computer层面包车型客车界别,这里说一下对于开拓者的区分:

canvas2D是一块画布,在画布上画画,画中的东西一定是编造的

webgl是贰个社会风气,你要在世界中开创,但也要满意世界的平整

这比喻有一点点夸大,都牵扯到了社会风气的规行矩步。但实际正是这么,webgl比canvas2D千头万绪,而非常的大学一年级块复杂的地点就是社会风气的平整 —— 光与阴影

这两块知识3D迷宫和simpleFire都不曾用上,因为那应当是静态3D中最难啃的骨头了呢。说难啊,知道原理之后也轻松,但不怕恶意麻烦,加上光和阴影得多相当多广大的代码。前边会详细讲明光和影子相关文化的,也是用小游戏的措施。写风流倜傥篇纯原理的篇章以为没啥意思,知识点生机勃勃搜能搜到非常多了

不看动漫片,纯看静态渲染方面包车型地铁东西,2D和3D也就好些个,须求地点消息、颜色新闻,平移旋转等等,3D也正是增加了光和影子那样的世界法则,比2D还多了一些数学知识的渴求

所以webgl并不难~款待愈来愈多的人赶来webgl的坑中来啊,然则推荐入坑的同窗不要发轫就过度正视three、oak3D、PhiloGL等图形库,依旧从原生入手相比好

小说对simpleFire代码批注的不是不少,源码也贴出来了,百分百原生webgl的写法,看起来应当亦非很难

 

结语:

下一次带给的不断定是3D小游戏,3D小游戏写起来依旧挺累的,素材什么的比2D麻烦众多

那篇作品也就到此甘休啦,写的好累T_T。。有难点和提议的小同伙应接留言一齐查究~

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图片 13

为何说webgl生成物体麻烦

咱俩先稍稍比较下中央图形的始建代码
矩形:
canvas2D

JavaScript

ctx1.rect(50, 50, 100, 100); ctx1.fill();

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ctx1.rect(50, 50, 100, 100);
ctx1.fill();

webgl(shader和webgl情形代码忽视)

JavaScript

var aPo = [     -0.5, -0.5, 0,     0.5, -0.5, 0,     0.5, 0.5, 0,     -0.5, 0.5, 0 ];   var aIndex = [0, 1, 2, 0, 2, 3];   webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW); webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);   webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);   webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);   webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, 6, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

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var aPo = [
    -0.5, -0.5, 0,
    0.5, -0.5, 0,
    0.5, 0.5, 0,
    -0.5, 0.5, 0
];
 
var aIndex = [0, 1, 2, 0, 2, 3];
 
webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW);
webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);
 
webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);
 
webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);
 
webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, 6, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

风流罗曼蒂克体化代码地址:
结果:
图片 14

圆:
canvas2D

JavaScript

ctx1.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI * 2, false); ctx1.fill();

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ctx1.arc(100, 100, 50, 0, Math.PI * 2, false);
ctx1.fill();

webgl

JavaScript

var angle; var x, y; var aPo = [0, 0, 0]; var aIndex = []; var s = 1; for(var i = 1; i <= 36; i++) {     angle = Math.PI * 2 * (i / 36);     x = Math.cos(angle) * 0.5;     y = Math.sin(angle) * 0.5;       aPo.push(x, y, 0);       aIndex.push(0, s, s+1);       s++; }   aIndex[aIndex.length - 1] = 1; // hack一下   webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW); webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);   webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);   webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer()); webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);   webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, aIndex.length, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

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var angle;
var x, y;
var aPo = [0, 0, 0];
var aIndex = [];
var s = 1;
for(var i = 1; i <= 36; i++) {
    angle = Math.PI * 2 * (i / 36);
    x = Math.cos(angle) * 0.5;
    y = Math.sin(angle) * 0.5;
 
    aPo.push(x, y, 0);
 
    aIndex.push(0, s, s+1);
 
    s++;
}
 
aIndex[aIndex.length - 1] = 1; // hack一下
 
webgl.bindBuffer(webgl.ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(aPo), webgl.STATIC_DRAW);
webgl.vertexAttribPointer(aPosition, 3, webgl.FLOAT, false, 0, 0);
 
webgl.vertexAttrib3f(aColor, 0, 0, 0);
 
webgl.bindBuffer(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, webgl.createBuffer());
webgl.bufferData(webgl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(aIndex), webgl.STATIC_DRAW);
 
webgl.drawElements(webgl.TRIANGLES, aIndex.length, webgl.UNSIGNED_SHORT, 0);

完全代码地址:
结果:
图片 15

小结:咱们抛开shader中的代码和webgl伊始化遭遇的代码,开采webgl比canvas2D正是劳动众多啊。光是三种基本图形就多了那样多行代码,抓其根本多的来头正是因为我们要求极点音讯。简单如矩形大家能够向来写出它的顶峰,然而复杂一点的圆,大家还得用数学方法去变通,明显阻碍了人类文明的前行。
绝相比数学方法变通,假使我们能直接获得顶点音信那应该是最棒的,有未有高效的办法获取极限音信吗?
有,使用建立模型软件生成obj文件。

Obj文件轻便的话正是包涵叁个3D模子音信的文书,这里消息包含:极点、纹理、法线以至该3D模型中纹理所使用的贴图
上面这些是三个obj文件之处:

回顾解析一下那个obj文件

图片 16
前两行看见#标记就清楚这几个是注释了,该obj文件是用blender导出的。Blender是大器晚成款很好用的建模软件,最器重的它是免费的!

图片 17
Mtllib(material library)指的是该obj文件所使用的材料库文件(.mtl)
仅仅的obj生成的模子是白模的,它只含有纹理坐标的消息,但未有贴图,有纹理坐标也没用

图片 18
V 顶点vertex
Vt 贴图坐标点
Vn 极点法线

图片 19
Usemtl 使用材质库文件中具体哪三个材料

图片 20
F是面,后边分别对应 顶点索引 / 纹理坐标索引 / 法线索引

此处大多数也都以大家非平日用的性质了,还会有部分任何的,这里就没有多少说,能够google搜一下,超多介绍很详细的文章。
只要有了obj文件,那大家的做事也正是将obj文件导入,然后读取内容还要按行解析就能够了。
先放出最终的结果,二个模拟银系的3D文字效果。
在线地址查看:

在那间顺便说一下,2D文字是能够透过深入分析获得3D文字模型数据的,将文字写到canvas上今后读取像素,获取路径。大家这里没有行使该办法,因为即便如此辩白上别的2D文字都能转3D,还是能做出形似input输入文字,3D显示的机能。然而本文是教大家赶快搭建叁个小世界,所以大家照旧利用blender去建立模型。

实际落实

1、首先建立模型生成obj文件

此间我们接纳blender生成文字
图片 21

2、读取深入分析obj文件

JavaScript

var regex = { // 这参知政事则只去相称了我们obj文件中用到数码     vertex_pattern: /^vs+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 顶点     normal_pattern: /^vns+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 法线     uv_pattern: /^vts+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 纹理坐标     face_vertex_uv_normal: /^fs+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)(?:s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+))?/, // 面信息     material_library_pattern: /^mtllibs+([d|w|.]+)/, // 重视哪叁个mtl文件     material_use_pattern: /^usemtls+([S]+)/ };   function loadFile(src, cb) {     var xhr = new XMLHttpRequest();       xhr.open('get', src, false);       xhr.onreadystatechange = function() {         if(xhr.readyState === 4) {               cb(xhr.responseText);         }     };       xhr.send(); }   function handleLine(str) {     var result = [];     result = str.split('n');       for(var i = 0; i < result.length; i++) {         if(/^#/.test(result[i]) || !result[i]) { // 注释部分过滤掉             result.splice(i, 1);               i--;         }     }       return result; }   function handleWord(str, obj) {     var firstChar = str.charAt(0);     var secondChar;     var result;       if(firstChar === 'v') {           secondChar = str.charAt(1);           if(secondChar === ' ' && (result = regex.vertex_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.position.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 参与到3D对象极点数组         } else if(secondChar === 'n' && (result = regex.normal_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.normalArr.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 插手到3D对象法线数组         } else if(secondChar === 't' && (result = regex.uv_pattern.exec(str)) !== null) {             obj.uvArr.push(+result[1], +result[2]); // 参加到3D对象纹理坐标数组         }       } else if(firstChar === 'f') {         if((result = regex.face_vertex_uv_normal.exec(str)) !== null) {             obj.addFace(result); // 将极点、发掘、纹理坐标数组变成面         }     } else if((result = regex.material_library_pattern.exec(str)) !== null) {         obj.loadMtl(result[1]); // 加载mtl文件     } else if((result = regex.material_use_pattern.exec(str)) !== null) {         obj.loadImg(result[1]); // 加载图片     } }

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var regex = { // 这里正则只去匹配了我们obj文件中用到数据
    vertex_pattern: /^vs+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 顶点
    normal_pattern: /^vns+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 法线
    uv_pattern: /^vts+([d|.|+|-|e|E]+)s+([d|.|+|-|e|E]+)/, // 纹理坐标
    face_vertex_uv_normal: /^fs+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+)(?:s+(-?d+)/(-?d+)/(-?d+))?/, // 面信息
    material_library_pattern: /^mtllibs+([d|w|.]+)/, // 依赖哪一个mtl文件
    material_use_pattern: /^usemtls+([S]+)/
};
 
function loadFile(src, cb) {
    var xhr = new XMLHttpRequest();
 
    xhr.open('get', src, false);
 
    xhr.onreadystatechange = function() {
        if(xhr.readyState === 4) {
 
            cb(xhr.responseText);
        }
    };
 
    xhr.send();
}
 
function handleLine(str) {
    var result = [];
    result = str.split('n');
 
    for(var i = 0; i < result.length; i++) {
        if(/^#/.test(result[i]) || !result[i]) { // 注释部分过滤掉
            result.splice(i, 1);
 
            i--;
        }
    }
 
    return result;
}
 
function handleWord(str, obj) {
    var firstChar = str.charAt(0);
    var secondChar;
    var result;
 
    if(firstChar === 'v') {
 
        secondChar = str.charAt(1);
 
        if(secondChar === ' ' && (result = regex.vertex_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.position.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 加入到3D对象顶点数组
        } else if(secondChar === 'n' && (result = regex.normal_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.normalArr.push(+result[1], +result[2], +result[3]); // 加入到3D对象法线数组
        } else if(secondChar === 't' && (result = regex.uv_pattern.exec(str)) !== null) {
            obj.uvArr.push(+result[1], +result[2]); // 加入到3D对象纹理坐标数组
        }
 
    } else if(firstChar === 'f') {
        if((result = regex.face_vertex_uv_normal.exec(str)) !== null) {
            obj.addFace(result); // 将顶点、发现、纹理坐标数组变成面
        }
    } else if((result = regex.material_library_pattern.exec(str)) !== null) {
        obj.loadMtl(result[1]); // 加载mtl文件
    } else if((result = regex.material_use_pattern.exec(str)) !== null) {
        obj.loadImg(result[1]); // 加载图片
    }
}

代码主旨之处都开展了讲解,注意这里的正则只去相配我们obj文件中包涵的字段,别的音讯还未有去相称,假诺有对obj文件全部超大可能率包含的新闻成功相配的同桌可以去看下Threejs中objLoad部分源码

3、将obj中多少真正的应用3D对象中去

JavaScript

Text3d.prototype.addFace = function(data) {     this.addIndex(+data[1], +data[4], +data[7], +data[10]);     this.addUv(+data[2], +data[5], +data[8], +data[11]);     this.addNormal(+data[3], +data[6], +data[9], +data[12]); };   Text3d.prototype.addIndex = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.index.push(a, b, c);     } else {         this.index.push(a, b, c, a, c, d);     } };   Text3d.prototype.addNormal = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.normal.push(             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2         );     } else {         this.normal.push(             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,             3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,             3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,             3 * this.normalArr[d], 3 * this.normalArr[d] + 1, 3 * this.normalArr[d] + 2         );     } };   Text3d.prototype.addUv = function(a, b, c, d) {     if(!d) {         this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);     } else {         this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);         this.uv.push(2 * this.uvArr[d], 2 * this.uvArr[d] + 1);     } };

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Text3d.prototype.addFace = function(data) {
    this.addIndex(+data[1], +data[4], +data[7], +data[10]);
    this.addUv(+data[2], +data[5], +data[8], +data[11]);
    this.addNormal(+data[3], +data[6], +data[9], +data[12]);
};
 
Text3d.prototype.addIndex = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.index.push(a, b, c);
    } else {
        this.index.push(a, b, c, a, c, d);
    }
};
 
Text3d.prototype.addNormal = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.normal.push(
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2
        );
    } else {
        this.normal.push(
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[b], 3 * this.normalArr[b] + 1, 3 * this.normalArr[b] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,
            3 * this.normalArr[a], 3 * this.normalArr[a] + 1, 3 * this.normalArr[a] + 2,
            3 * this.normalArr[c], 3 * this.normalArr[c] + 1, 3 * this.normalArr[c] + 2,
            3 * this.normalArr[d], 3 * this.normalArr[d] + 1, 3 * this.normalArr[d] + 2
        );
    }
};
 
Text3d.prototype.addUv = function(a, b, c, d) {
    if(!d) {
        this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);
    } else {
        this.uv.push(2 * this.uvArr[a], 2 * this.uvArr[a] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[b], 2 * this.uvArr[b] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[c], 2 * this.uvArr[c] + 1);
        this.uv.push(2 * this.uvArr[d], 2 * this.uvArr[d] + 1);
    }
};

这里大家着想到宽容obj文件中f(ace)行中4个值的情事,导出obj文件中得以强行选取仅有三角面,可是我们在代码中相称一下相比较稳当

4、旋转运动等转移

实体全部导入进去,剩下来的职责正是进展转移了,首先咱们深入深入分析一下有何动漫效果
因为咱们模拟的是一个星体,3D文字就如星球相似,有公转和自转;还会有就是大家导入的obj文件都以依附(0,0,0)点的,所以我们还亟需把它们进行活动操作
先上主题代码~

JavaScript

...... this.angle += this.rotate; // 自转的角度   var s = Math.sin(this.angle); var c = Math.cos(this.angle);   // 公转相关数据 var gs = Math.sin(globalTime * this.revolution); // globalTime是全局的光阴 var gc = Math.cos(globalTime * this.revolution);     webgl.uniformMatrix4fv(     this.program.uMMatrix, false, mat4.multiply([             gc,0,-gs,0,             0,1,0,0,             gs,0,gc,0,             0,0,0,1         ], mat4.multiply(             [                 1,0,0,0,                 0,1,0,0,                 0,0,1,0,                 this.x,this.y,this.z,1 // x,y,z是偏移的职分             ],[                 c,0,-s,0,                 0,1,0,0,                 s,0,c,0,                 0,0,0,1             ]         )     ) );

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......
this.angle += this.rotate; // 自转的角度
 
var s = Math.sin(this.angle);
var c = Math.cos(this.angle);
 
// 公转相关数据
var gs = Math.sin(globalTime * this.revolution); // globalTime是全局的时间
var gc = Math.cos(globalTime * this.revolution);
 
 
webgl.uniformMatrix4fv(
    this.program.uMMatrix, false, mat4.multiply([
            gc,0,-gs,0,
            0,1,0,0,
            gs,0,gc,0,
            0,0,0,1
        ], mat4.multiply(
            [
                1,0,0,0,
                0,1,0,0,
                0,0,1,0,
                this.x,this.y,this.z,1 // x,y,z是偏移的位置
            ],[
                c,0,-s,0,
                0,1,0,0,
                s,0,c,0,
                0,0,0,1
            ]
        )
    )
);

一眼望去uMMatrix(模型矩阵)里面有多少个矩阵,为啥有八个吗,它们的逐风度翩翩有何须求么?
因为矩阵不满足调换率,所以大家矩阵的活动和旋转的顺序拾壹分至关心重视要,先平移再旋转和先旋转再平移犹如下的异样
(下边图片来自互连网)
先旋转后移动:图片 22
先平移后旋转:图片 23
从图中一目领悟看出来先旋转后移动是自转,而先平移后旋转是公转
之所以大家矩阵的逐生龙活虎一定是 公转 * 平移 * 自转 * 极点音讯(右乘)
实际矩阵为什么这么写可以看到上大器晚成篇矩阵入门文章
诸有此类三个3D文字的8大行星就产生啦

4、装饰星星

光秃秃的多少个文字确定相当不够,所以我们还索要一些点缀,就用多少个点作为星星,特别轻便
注意暗许渲染webgl.POINTS是方形的,所以大家得在fragment shader中加工管理一下

JavaScript

precision highp float;   void main() {     float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5)); // 总计间隔     if(dist < 0.5) {         gl_FragColor = vec4(0.9, 0.9, 0.8, pow((1.0 - dist * 2.0), 3.0));     } else {         discard; // 丢弃     } }

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precision highp float;
 
void main() {
    float dist = distance(gl_PointCoord, vec2(0.5, 0.5)); // 计算距离
    if(dist < 0.5) {
        gl_FragColor = vec4(0.9, 0.9, 0.8, pow((1.0 - dist * 2.0), 3.0));
    } else {
        discard; // 丢弃
    }
}

结语

供给关切的是这里本人用了此外生机勃勃对shader,那时就涉嫌到了有关是用八个program shader依然在同贰个shader中运用if statements,这四头质量怎么着,有啥样界别
此地将身处下生龙活虎篇webgl相关优化中去说

正文就到这里呀,有标题和建议的友人迎接留言一同座谈~!

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