首先搭建WebGL环境，创建canvas并获取上下文，检查支持性后设置背景色；接着编写GLSL顶点和片元着色器，编译链接成程序；然后定义立方体顶点与索引数据，创建缓冲区上传GPU；启用深度测试，在render中设置投影与视图矩阵，绑定属性并绘制；最后通过requestAnimationFrame实现旋转动画，监听用户交互，完成可交互3D场景。
WebGL 让你在浏览器中直接运行高性能 3D 图形，无需插件。它基于 OpenGL ES，通过 JavaScript 调用 GPU 进行图形渲染。如果你已经掌握 HTML 和 JavaScript 基础，现在想动手实现一个真实的 3D 场景，这篇文章会带你从零开始，完成一次完整的 WebGL 3D 编程实战。
搭建 WebGL 渲染环境
第一步是准备一个可以绘制 3D 内容的画布（canvas）。
- 在 HTML 中插入一个
- 使用 JavaScript 获取 canvas 上下文，启用 WebGL 渲染器。
- 检查浏览器是否支持 WebGL，避免运行时报错。
示例代码：
编写着色器程序
WebGL 使用 GLSL（OpenGL 着色语言）定义顶点和片元着色器。每个 3D 绘制流程都必须包含这两个核心组件。
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- 顶点着色器：处理每个顶点的位置变换。
- 片元着色器：决定像素的颜色（光照、纹理等）。
- 将 GLSL 代码写入 script 标签或字符串中，编译并链接成着色程序。
示例着色器：
// 顶点着色器
const vsSource = `
attribute vec4 aVertexPosition;
uniform mat4 uModelViewMatrix;
uniform mat4 uProjectionMatrix;
void main() {
gl_Position = uProjectionMatrix * uModelViewMatrix * aVertexPosition;
}
`;
// 片元着色器
const fsSource = void main() { gl_FragColor = vec4(1.0, 0.8, 0.4, 1.0); // 橙色 } ;
编译与链接：
function createShader(gl, type, source) {
const shader = gl.createShader(type);
gl.shaderSource(shader, source);
gl.compileShader(shader);
if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
console.error('Shader 编译失败:', gl.getShaderInfoLog(shader));
gl.deleteShader(shader);
return null;
}
return shader;
}
function createProgram(gl, vsSource, fsSource) {
const vertexShader = createShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vsSource);
const fragmentShader = createShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fsSource);
const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);
if (!gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)) {
console.error('Program 链接失败:', gl.getProgramInfoLog(program));
return null;
}
return program;
}
const shaderProgram = createProgram(gl, vsSource, fsSource);
定义几何数据并绘制立方体
接下来创建一个 3D 立方体。你需要提供顶点坐标，并设置索引以减少重复数据。
- 定义 8 个顶点位置，构成立方体的角点。
- 使用 index buffer（元素数组缓冲）指定如何连接顶点形成三角形。
- 启用深度测试，防止远处物体覆盖近处物体。
示例：创建立方体顶点与索引
const positions = [ -1, -1, 1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, ];const indices = [ 0, 1, 2, 0, 2, 3, // 前面 4, 5, 6, 4, 6, 7, // 后面 1, 5, 6, 1, 6, 2, // 右侧 // 更多面... ];
// 创建缓冲区 const positionBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer); gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);
const indexBuffer = gl.createBuffer(); gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer); gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(indices), gl.STATIC_DRAW);
// 启用深度测试 gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
在 render 函数中绘制：
function render() {
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
const projectionMatrix = mat4.perspective(
mat4.create(),
45 * Math.PI / 180,
canvas.width / canvas.height,
0.1, 100.0
);
const modelViewMatrix = mat4.translate(mat4.create(), [0, 0, -6]);
// 将矩阵传入着色器
gl.uniformMatrix4fv(
gl.getUniformLocation(shaderProgram, 'uProjectionMatrix'),
false,
projectionMatrix
);
gl.uniformMatrix4fv(
gl.getUniformLocation(shaderProgram, 'uModelViewMatrix'),
false,
modelViewMatrix
);
// 绑定顶点缓冲
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
const vertexPosition = gl.getAttribLocation(shaderProgram, 'aVertexPosition');
gl.vertexAttribPointer(vertexPosition, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(vertexPosition);
// 绘制元素
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, indices.length, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);
}
render();
添加动画与用户交互
让立方体旋转起来，提升视觉体验。
- 使用 requestAnimationFrame 实现平滑动画循环。
- 在每一帧更新 modelViewMatrix 的旋转角度。
- 监听鼠标或键盘事件控制视角或旋转方向。
动画实现：
let rotation = 0;function animate() { rotation += 0.01; render(rotation); requestAnimationFrame(animate); }
function render(rot) { // ...清空缓冲
mat4.translate(modelViewMatrix, [0, 0, -6]); mat4.rotateY(modelViewMatrix, modelViewMatrix, rot); mat4.rotateX(modelViewMatrix, modelViewMatrix, rot * 0.5);
// 传递矩阵并绘制 // ... } animate();
基本上就这些。你已经完成了从初始化 WebGL 到绘制可动画 3D 立方体的全过程。虽然原生 WebGL API 较为底层，但理解它能帮你更好地使用 Three.js 等高级库。不复杂但容易忽略细节，比如矩阵顺序、缓冲绑定、着色器编译状态检查等，都是实战中的关键点。
