GLSL 学习指南：从原理到一个 3D Demo 的实现
引言
在图形学与可视化领域中，GLSL（OpenGL Shading Language）几乎是绕不开的话题。它能充分发挥 GPU 的并行计算与硬件加速特性，让我们在实时渲染 3D 场景时具备更高的灵活性和可控性。本文将结合一个 3D Demo 的实现过程，分享如何运用 GLSL 构建并优化图形效果。这个 Demo 大约包含了一万个点，如果换作 CPU 处理，很难获得流畅的渲染效果，而通过编写 GLSL 着色器，则可以充分利用 GPU，轻松完成任务。
一、为什么这个实现效果需要 GLSL
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并行计算能力
现代 GPU 拥有大规模的并行处理单元，可同时高效率地处理海量顶点和像素。GLSL 让编写好的着色器程序直接在 GPU 上执行，实现大规模并行计算，从而使渲染过程快速而流畅。 -
硬件加速
传统上，需要在 CPU 和 GPU 间进行频繁的数据传输，难免带来性能损耗。但在 GLSL 中，程序主要在 GPU 上运行，CPU 与 GPU 通信量显著减少，使得性能进一步提升。 -
实时渲染
诸如光照、阴影以及各种动态视觉特效等，都依赖实时计算。如果依赖 CPU，就可能难以保证流畅度。而 GLSL 可以实现实时光照、阴影、反射等复杂特效，同时维持高帧率。 -
灵活性与可控性
GLSL 提供了丰富的语言特性和数学工具，可以对光照、纹理和后处理效果进行高度自定义，十分适合想要精准控制图形外观的项目。
在本例中，我们希望渲染由数以万计的点组成的 3D 地球场景，而 GLSL 则可以帮助我们在 GPU 端高效地实现相应视觉效果，确保流畅度和可扩展性。
二、如何用 GLSL 实现这个 3D Demo 的效果
以下是示例中的顶点着色器 (vertexShader) 和片元着色器 (fragmentShader) 代码片段。示例中，我们使用了 Three.js 来配合 GLSL，从而更好地管理 WebGL 渲染流程。
- 片元着色器代码
Loading...这里主要的逻辑是通过 worldPosition.x 和 time 来计算波动，并映射到颜色上。同时，对点精灵 (Point) 的纹理进行采样，以获得叠加的纹理效果。
- 顶点着色器代码
Loading...在这里，size 属性用于控制每个点的大小，最终影响 gl_PointSize 的值。通过 -mvPosition.z 来让点在场景深度不断变化时保持大致相同的相对尺寸。这样，即使在 Z 轴方向上移动，也能使每个点的视觉效果更稳定。
三、GLSL 在 Three.js 中的使用方法
如果你打算基于 Three.js 来快速构建摄像机、场景及渲染循环，那么以下几点会帮助你更好地使用 GLSL：
- 定义 Uniforms
uniforms 对象是从 JavaScript 传递到着色器的一组全局变量。在该 Demo 中，我们有 time、texture 等 uniforms，需要在渲染循环中实时更新它们（例如让 time 值随时间增加以产生动画）。
Loading...- 创建几何体与材质
接下来，需要在 Three.js 中创建 BufferGeometry 来存储顶点数据，并且自定义一个 ShaderMaterial 来引用顶点着色器与片元着色器。
Loading...- 创建点云对象并加入场景
将几何体与材质结合为一个 Points 对象并添加到 Three.js 场景中：
Loading...- 动画更新
为达成动态效果，需要在渲染循环中不断更新 time 等 uniforms 参数：
Loading...这样我们就可以在每次渲染帧中产生实时的波动动画效果。
总结
以上就是利用 GLSL 在 Three.js 中完成简单 3D 效果的主要步骤。通过编写顶点着色器和片元着色器，我们可以掌控每个像素和顶点的渲染过程，充分利用 GPU 的并行性能，实现高效、灵活的视觉特效。在本示例中，我们以 Three.js 为基础来管理场景与渲染管线，再配合自定义的 GLSL 着色器，实现了带有动态波动与纹理映射的地球点云效果。
随着项目需求的增加，你可以继续拓展 GLSL 着色器，例如添加自定义光照模型、后处理特效以及实时阴影等，进一步完善和提升视觉表现力。希望本篇分享能让你对 GLSL 在 WebGL 与 Three.js 中的应用拥有更清晰的认识，并在自己的 3D 项目中灵活地运用。祝创作愉快！
碎碎念
yysy，实现这个简单的效果，在 2017年的时候，我花了整整 2 周时间，对于图形学来说，这也只是刚入门而已。
具体来说时间花在了这本书上 《OpenGL 超级宝典》，但我最后仍然没有啃完，这也是一个遗憾了，毕竟现在来说很少有需要用 OpenGL 的项目了。
更多 GLSL 的效果在这里，可以说都是 HTML 根本无法实现的，这也是 GLSL 的魅力所在。