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鼠标控制物体旋转
有时候，WebGL程序需要让用户通过鼠标操作三维物体。这一节来分析示例程序RotateObject，该程序允许用户通过拖动（即按住左键移动）鼠标旋转三维物体。为了简单，示例程序中的三维物体是一个立方体，但拖曳鼠标旋转物体的方法却适用于所有物体。下图显示了程序的运行效果，立方体上贴有纹理图像。
如何实现物体旋转
我们已经知道如何旋转二维图形或三维物体了：就是使用模型视图投影矩阵来变换顶点的坐标。现在需要使用鼠标来控制物体旋转，就需要根据鼠标的移动情况创建旋转矩阵，更新模型视图投影矩阵，并对物体的顶点坐标进行变换。
我们可以这样来实现：在鼠标左键按下时记录鼠标的初始坐标，然后在鼠标移动的时候用当前坐标减去初始坐标，获得鼠标的位移，然后根据这个位移来计算旋转矩阵。显然，我们需要监听鼠标的移动事件，并在事件响应函数中计算鼠标的位移、旋转矩阵，从而旋转立方体。下面看一下示例程序。
示例程序（RotateObject.js）
如下显示了示例程序的代码，如你所见，着色器部分没什么特别的。顶点着色器使用模型视图投影矩阵变换顶点坐标（第7行），并向片元着色器传入纹理坐标以映射纹理（第8行）。
var VSHADER_SOURCE =
'attribute vec4 a_Position;\n' +
'attribute vec2 a_TexCoord;\n' +
'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
'varying vec2 v_TexCoord;\n' +
'void main() {\n' +
' gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' +
' v_TexCoord = a_TexCoord;\n' +
'}\n';
var FSHADER_SOURCE =
'#ifdef GL_ES\n' +
'precision mediump float;\n' +
'#endif\n' +
'uniform sampler2D u_Sampler;\n' +
'varying vec2 v_TexCoord;\n' +
'void main() {\n' +
' gl_FragColor = texture2D(u_Sampler, v_TexCoord);\n' +
'}\n';
function main() {
var canvas = document.getElementById('webgl');
var gl = getWebGLContext(canvas);
if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) return
var n = initVertexBuffers(gl);
gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
var viewProjMatrix = new Matrix4();
viewProjMatrix.setPerspective(30.0, canvas.width / canvas.height, 1.0, 100.0);
viewProjMatrix.lookAt(3.0, 3.0, 7.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
// 注册事件处理函数
var currentAngle = [0.0, 0.0]; // 绕z轴旋转角度，绕y轴旋转角度
initEventHandlers(canvas, currentAngle);
if (!initTextures(gl)) return // 设置纹理
var tick = function() { // Start drawing
draw(gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, currentAngle);
requestAnimationFrame(tick, canvas);
};
tick();
}
function initVertexBuffers(gl) {
// v6----- v5
// /| /|
// v1------v0|
// | | | |
// | |v7---|-|v4
// |/ |/
// v2------v3
var vertices = new Float32Array([ // Vertex coordinates
1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0,-1.0, 1.0, 1.0,-1.0, 1.0, // v0-v1-v2-v3 front
1.0, 1.0, 1.0, 1.0,-1.0, 1.0, 1.0,-1.0,-1.0, 1.0, 1.0,-1.0, // v0-v3-v4-v5 right
1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0,-1.0, -1.0, 1.0,-1.0, -1.0, 1.0, 1.0, // v0-v5-v6-v1 up
-1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0,-1.0, -1.0,-1.0,-1.0, -1.0,-1.0, 1.0, // v1-v6-v7-v2 left
-1.0,-1.0,-1.0, 1.0,-1.0,-1.0, 1.0,-1.0, 1.0, -1.0,-1.0, 1.0, // v7-v4-v3-v2 down
1.0,-1.0,-1.0, -1.0,-1.0,-1.0, -1.0, 1.0,-1.0, 1.0, 1.0,-1.0 // v4-v7-v6-v5 back
]);
var texCoords = new Float32Array([ // Texture coordinates
1.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, // v0-v1-v2-v3 front
0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, // v0-v3-v4-v5 right
1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, // v0-v5-v6-v1 up
1.0, 1.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, // v1-v6-v7-v2 left
0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0, // v7-v4-v3-v2 down
0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 // v4-v7-v6-v5 back
]);
// Indices of the vertices
var indices = new Uint8Array([
0, 1, 2, 0, 2, 3, // front
4, 5, 6, 4, 6, 7, // right
8, 9,10, 8,10,11, // up
12,13,14, 12,14,15, // left
16,17,18, 16,18,19, // down
20,21,22, 20,22,23 // back
]);
var indexBuffer = gl.createBuffer();
if (!initArrayBuffer(gl, vertices, 3, gl.FLOAT, 'a_Position')) return -1; // Vertex coordinates
if (!initArrayBuffer(gl, texCoords, 2, gl.FLOAT, 'a_TexCoord')) return -1;// Texture coordinates
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW);
return indices.length;
}
function initEventHandlers(canvas, currentAngle) {
var dragging = false; // 是否在拖动
var lastX = -1, lastY = -1; // 鼠标的开始位置
canvas.onmousedown = function(ev) { // Mouse is pressed
var x = ev.clientX, y = ev.clientY;
// 如果鼠标在canvas内就开始拖动
var rect = ev.target.getBoundingClientRect();
if (rect.left <= x && x < rect.right && rect.top <= y && y < rect.bottom) {
lastX = x; lastY = y;
dragging = true;
}
};
canvas.onmouseup = function(ev) { dragging = false; }; // Mouse is released
canvas.onmousemove = function(ev) { // Mouse is moved
var x = ev.clientX, y = ev.clientY;
if (dragging) {
var factor = 100/canvas.height; // The rotation ratio
var dx = factor * (x - lastX);
var dy = factor * (y - lastY);
// 将x轴旋转角度限制为-90到90度
currentAngle[0] = Math.max(Math.min(currentAngle[0] + dy, 90.0), -90.0);
currentAngle[1] = currentAngle[1] + dx; // 拿y轴举例，鼠标水平移动，物体会以Y轴旋转，所以水平的移动距离直接影响y轴要转动角度
}
lastX = x, lastY = y;
};
}
var g_MvpMatrix = new Matrix4(); // 模型视图投影矩阵
function draw(gl, n, viewProjMatrix, u_MvpMatrix, currentAngle) {
// 计算模型视图投影矩阵并将其传递给u_MvpMatrix
g_MvpMatrix.set(viewProjMatrix);
g_MvpMatrix.rotate(currentAngle[0], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转
g_MvpMatrix.rotate(currentAngle[1], 0.0, 1.0, 0.0); // 绕y轴旋转
gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, g_MvpMatrix.elements);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); // 清除颜色|深度缓冲
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0); // 画画
}
function initArrayBuffer(gl, data, num, type, attribute) {
var buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);
var a_attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attribute);
gl.vertexAttribPointer(a_attribute, num, type, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(a_attribute);
return true;
}
function initTextures(gl) {
var texture = gl.createTexture(); // 创建温丽丽对象
var u_Sampler = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_Sampler'); // 获取uSampler的存储位置（_S）
var image = new Image();
image.onload = function(){ loadTexture(gl, texture, u_Sampler, image); };
image.src = '../resources/sky.jpg';
return true;
}
function loadTexture(gl, texture, u_Sampler, image) {
gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, 1); // 翻转图像Y坐标
// 激活纹理单元0
gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
// 将纹理对象绑定到2维目标（先绑定到纹理单元）
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
// 设置纹理参数
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
// 将图像设置为纹理，设置图像参数
gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGB, gl.RGB, gl.UNSIGNED_BYTE, image);
// 将纹理单元0传递到uSampler
gl.uniform1i(u_Sampler, 0);
}代码详解
首先，main（）函数计算出了初始的模型视图投影矩阵（第29～31行）。程序将根据鼠标位移来实时更新该矩阵。
然后，鼠标移动事件响应函数实现了用鼠标旋转三维物体的逻辑。currentAngle变量表示当前的旋转角度，它是一个数组，因为物体的旋转需要被分解为绕x轴旋转和绕y轴旋转两步，因此需要两个角度值（第34行）。真正注册事件响应函数的过程发生在initEventHandlers（）函数中（第35行）。真正绘制的过程发生在tick（）函数中（第37行）。
initEventHandler（）函数的任务是注册鼠标响应事件函数（第87行），包括：鼠标左键按下事件（第91行）、鼠标左键松开事件（第101行），以及鼠标移动事件（第103行）。
当鼠标左键被按下时，首先检查鼠标是否在＜canvas＞元素内部（第95行），如果是，就将鼠标左键按下时的位置坐标保存到lastX和lastY变量中（第96行），并将dragging变量赋值为true，表示拖曳操作（即按住鼠标左键移动）开始了。
鼠标左键被松开时，表示拖曳操作结束了，将dragging变量赋值为false（第101行）。
鼠标移动事件响应函数最为重要（第103行）：首先检查dragging变量，判断当前是否处于拖动状态。如果不在拖曳状态，说明是鼠标的正常移动（左键松开状态下的移动），那就什么都不做。如果处于拖曳状态，就计算出当前鼠标（相对于上次鼠标移动事件触发时）的移动距离，即位移值，并将结果保存在dx和dy变量中（第107～108行）。注意，位移值在存入变量前按比例缩小了，这样dx和dy的值就与＜canvas＞自身的大小无关了。有了鼠标当前的位移dx和dy，就可以根据这两个值计算出当前三维物体（相对于上次鼠标移动事件触发时）在x轴和y轴上的旋转角度值（第110和111行）。而且，程序还将物体在y轴上的旋转角度限制在正负90度之间，这样做的原因仅仅是为了展示技巧，你也可以将其删掉。最后，把当前鼠标的位置坐标赋值给lastX和lastY。
一旦成功地将鼠标的移动转化为旋转矩阵，我们就可以用旋转矩阵更新物体的状态（第121～122行）。当程序再次调用tick（）函数进行绘制时，就绘制出了旋转后的物体。
示例效果
