【Threejs进阶教程-着色器篇】8. Shadertoy如何使用到Threejs-基础版

【Threejs进阶教程-着色器篇】8. Shadertoy如何使用到Threejs - 基础版

前七篇地址,建议按顺序学习
致谢带我入门的[X01动力装甲]大佬
本文适用范围
怎么样在Shadertoy中画出正圆形
- shadertoy中的坐标系比例转换
- 理解Shadertoy的fragCoord
- 理解Shadertoy中的iResolution
转移Shadertoy 2D效果到片元着色器
- 处理mainImage和fragColor
全部源码

前七篇地址,建议按顺序学习

【Threejs进阶教程-着色器篇】1. Shader入门(ShadertoyShader和ThreejsShader入门)
【Threejs进阶教程-着色器篇】2. Uniform的基本用法与Uniform的调试
【Threejs进阶教程-着色器篇】3. Uniform的基本用法2与基本地球昼夜效果
【Threejs进阶教程-着色器篇】4. 2D SDF(一) SDF的基本用法
【Threejs进阶教程-着色器篇】5. 2D SDF(二)圆形波纹效果
【Threejs进阶教程-着色器篇】6. 2D SDF(三) 移动图形，限制图形，绘制多个图形
【Threejs进阶教程-着色器篇】7. 2D SDF 其他SDF介绍与图形边界绘制

致谢带我入门的[X01动力装甲]大佬

首先感谢X01动力装甲大佬提供的文章
three.js使用Shadertoy的着色器

我的shader入门的一大半功劳，都要归功于X01动力装甲大佬的这篇文章，通过搬运Shadertoy，强化对片元着色器的理解
基本的Shadertoy到Three的使用，已经由装甲大佬讲清楚了，这里本文则是以个人理解的角度，对上述文章做一些补充式的教程

本文适用范围

大多数的2D Shadertoy的案例，到 Threejs的ShaderMaterial的片元着色器
注意是2D效果到 片元着色器

怎么样在Shadertoy中画出正圆形

在这里插入图片描述


float sdCircle( in vec2 p, in float r ) 
{
    return length(p)-r;
}

void mainImage( out vec4 fragColor, in vec2 fragCoord )
{
    // Normalized pixel coordinates (from 0 to 1)
    vec2 uv = fragCoord/iResolution.xy;
    
    uv -= 0.5;//平移坐标系

    float red = sdCircle(uv,0.1);//使用2d圆形sdf计算红色区域
    
    red = red>0.0?0.0:1.0;//值大于0.0时取无色,否则取红色

    // Output to screen
    fragColor = vec4(red,0.0,0.0,1.0);
}

我们在Shadertoy中新建一个demo，然后使用sdCircle来绘制一个圆形，但是，我们发现，这里我们的圆形是一个椭圆，而在Threejs的片元着色器中，是一个正圆

这里的原因是，Shadertoy中，左侧的这个窗口，并不是一个正方形，而我们之前做的Threejs的片元着色器，是一个正方形plane，这里各位可以尝试修改一下之前的案例，把plane的宽高改成不相等，来看看实际效果

shadertoy中的坐标系比例转换

shadertoy的窗口是 800 * 450
所以我们可以直接用 uv.x *= 800/450或uv.y *= 450/800来让uv比例一致

在这里插入图片描述
虽然这样可以解决正圆的问题，但是我们却无法保证绘制的圆在中心了

我们需要一种更完美的方式，来重新计算uv

IQ大佬这里提供了一种算法

	vec2 uv = (2.0*fragCoord-iResolution.xy)/iResolution.y;

在这里插入图片描述
这样我们绘制出来的圆就正常的放在了中心，大小上略有改变，但是整体影响不大，改成这样就可以与之前保持一致了

	vec2 uv = (fragCoord-iResolution.xy/2.0)/iResolution.y;

因为IQ大佬的算法，是将整个画面处理成u = -1 ~1，v = -1 ~1 这个数值区间，而我们之前的算法，uv-=0.5的数值区间为 -0.5 ~ 0.5，所以当扩大一倍时,自然最终显示的图像就会缩小一倍

理解Shadertoy的fragCoord

我们可以另开一个ShadertoyDemo来试一下fragCoord

在这里插入图片描述

我们让uv 直接使用fragCoord的值，并且修改sdCircle的半径，这时我们发现，我们依然可以绘制出我们想要的图像，但是半径要达到300才行，依此类推，我们在半径450时，理论上来说，圆的上面会顶到窗口顶部

在这里插入图片描述
可以看出,刚好顶部就是圆形的切线
也就是说，在Shadertoy中，fragCoord，其实可以理解为每个画布上像素点的坐标

理解Shadertoy中的iResolution

在新建的Shadertoy的demo中，官方给出了这样的计算uv的公式

	vec2 uv = fragCoord/iResolution.xy;

这样可以把整个Shadertoy的画布，变成咱们常规理解的uv的坐标系公式，就是从左到右，u的值从0变化到1，从下到上，v的值从0到1

基本上，通过上述公式推导，在shadertoy中，iResolution的xy值与fragCoord的xy值是相等的

这样我们再回头看IQ大佬的uv转换公式，

	vec2 uv = (2.0 *fragCoord-iResolution.xy)/iResolution.y;

我们带入IQ大佬计算出来的最终坐标系的uv坐标的[0,0]点反推像素点位置

0 = (2.0 * x - 800) / 450 => x = 400
0 = (2.0 * y - 450) / 450 => y = 225

刚好得到的像素点坐标，就在屏幕的正中心处

转移Shadertoy 2D效果到片元着色器

使用iResolution和fragCoord方法的转移，在上面X01动力装甲大佬的文章中已经写明白了，这里我们主要讲，基于uv的一种代码转移方式

我们以IQ大佬的圆形SDF的案例为准，本篇暂不讲解此案例，仅讲述如何搬运

第一步，我们先观察能否做搬运
在这里插入图片描述
本次讲解的搬运方法，搬运Shadertoy的前提是：这个效果必须是2D的

另一个前提是，尽可能的找到比较干净的，使用的内置变量比较少的，没有交互的，shadertoy中有很多内置变量，如上图，如果使用了大量的内置变量，则这种的基本上很难直接搬运，必须要熟悉其代码后才可搬运

如上图中的IQ大佬的代码，他加入了iMouse，就是鼠标点击上去后，会生成一个圆的效果
在这里插入图片描述
这里我们先删掉，在后面的阶段中会讲解关于iMouse如何搬运的问题

删掉这部分代码后，变量m变成了无用变量，则变量m也可以随之删除
在这里插入图片描述
这里的p，其实就是uv

接下来，我们拿一个Shader的模板代码
【模板代码】用于编写Threejs Demo的模板代码

并直接将这里的代码全部复制到片元着色器中(注释可要可不要)

处理mainImage和fragColor

这两处我们在之前就已经讲过了，只需要把mainImage和fragColor，以及uv改成Threejs的命名即可

	//旧代码
	varying vec2 vUv;
    float sdCircle( in vec2 p, in float r )
    {
        return length(p)-r;
    }


    void mainImage( out vec4 fragColor, in vec2 fragCoord )
    {
        vec2 p = (2.0*fragCoord-iResolution.xy)/iResolution.y;

        float d = sdCircle(p,0.5);

        // coloring
        vec3 col = (d>0.0) ? vec3(0.9,0.6,0.3) : vec3(0.65,0.85,1.0);
        col *= 1.0 - exp(-6.0*abs(d));
        col *= 0.8 + 0.2*cos(150.0*d);
        col = mix( col, vec3(1.0), 1.0-smoothstep(0.0,0.01,abs(d)) );

        fragColor = vec4(col,1.0);
    }
	//新代码
	
    varying vec2 vUv;

    float sdCircle( in vec2 p, in float r )
    {
        return length(p)-r;
    }

    void main()
    {
        vec2 p = vUv;
        float d = sdCircle(p,0.5);
        // coloring
        vec3 col = (d>0.0) ? vec3(0.9,0.6,0.3) : vec3(0.65,0.85,1.0);
        col *= 1.0 - exp(-6.0*abs(d));
        col *= 0.8 + 0.2*cos(150.0*d);
        col = mix( col, vec3(1.0), 1.0-smoothstep(0.0,0.01,abs(d)) );

        gl_FragColor = vec4(col,1.0);
    }

Threejs中的最终效果

在这里插入图片描述
因为我们对uv的处理不同，所以这里我们也需要把uv挪动一下，挪动到我们需要的位置，直接p = vUv - 0.5即可

在这里插入图片描述
后面这个demo的效果各位可以改改参数玩一玩，
各位也可以自行尝试着去改一些Shadertoy效果到Threejs中

全部源码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Title</title>
    <style>
        body{
            width:100vw;
            height: 100vh;
            overflow: hidden;
            margin: 0;
            padding: 0;
            border: 0;
        }
    </style>
</head>
<body>
<script type="importmap">
			{
				"imports": {
					"three": "../three/build/three.module.js",
					"three/addons/": "../three/examples/jsm/"
				}
			}
		</script>

<script type="x-shader/x-vertex" id="vertexShader">
    varying vec2 vUv;
    void main(){
        vUv = vec2(uv.x,uv.y);
        vec4 mvPosition = modelViewMatrix * vec4( position, 1.0 );
        gl_Position = projectionMatrix * mvPosition;
    }

</script>
<script type="x-shader/x-fragment" id="fragmentShader">

    varying vec2 vUv;

    float sdCircle( in vec2 p, in float r )
    {
        return length(p)-r;
    }

    void main()
    {
        vec2 p = vUv - 0.5;
        float d = sdCircle(p,0.5);
        // coloring
        vec3 col = (d>0.0) ? vec3(0.9,0.6,0.3) : vec3(0.65,0.85,1.0);
        col *= 1.0 - exp(-6.0*abs(d));
        col *= 0.8 + 0.2*cos(150.0*d);
        col = mix( col, vec3(1.0), 1.0-smoothstep(0.0,0.01,abs(d)) );

        gl_FragColor = vec4(col,1.0);
    }
</script>

<script type="module">

    import * as THREE from "../three/build/three.module.js";
    import {OrbitControls} from "../three/examples/jsm/controls/OrbitControls.js";

    window.addEventListener('load',e=>{
        init();
        addMesh();
        render();
    })

    let scene,renderer,camera;
    let orbit;

    function init(){

        scene = new THREE.Scene();
        renderer = new THREE.WebGLRenderer({
            alpha:true,
            antialias:true
        });
        renderer.setSize(window.innerWidth,window.innerHeight);
        document.body.appendChild(renderer.domElement);

        camera = new THREE.PerspectiveCamera(50,window.innerWidth/window.innerHeight,0.1,2000);
        camera.add(new THREE.PointLight());
        camera.position.set(10,10,10);
        scene.add(camera);

        orbit = new OrbitControls(camera,renderer.domElement);
        orbit.enableDamping = true;

        scene.add(new THREE.GridHelper(10,10));
    }

    let uniforms = {
        iTime:{value:0}
    }

    function addMesh() {
        let geometry = new THREE.PlaneGeometry(10,10);
        let material = new THREE.ShaderMaterial({
            uniforms,
            vertexShader:document.getElementById('vertexShader').textContent,
            fragmentShader:document.getElementById('fragmentShader').textContent,
        })
        let mesh = new THREE.Mesh(geometry,material);
        scene.add(mesh);
    }


    function render() {
        renderer.render(scene,camera);
        orbit.update();
        requestAnimationFrame(render);
    }

</script>
</body>
</html>