WebGL چیست؟

پوریا گودرز23 جولای 2024

۰ 50 زمان تقریبی مطالعه 9 دقیقه

WebGL یک استاندارد وب است که برای ایجاد گرافیک سه‌بعدی در مرورگرها استفاده می‌شود. WebGL به عنوان یک API گرافیکی برای وب، امکان اجرای کدهای سه‌بعدی و بهره‌برداری از قدرت پردازشی کارت گرافیک را فراهم می‌کند. این استاندارد توسط کارگروهی از کارشناسان از شرکت‌هایی چون Mozilla، Google و Apple توسعه یافته است.

با استفاده از WebGL، توسعه دهندگان وب می‌توانند اپلیکیشن‌های وب سه‌بعدی و با کیفیت بالا را ایجاد کرده و در مرورگرها اجرا کنند. این استاندارد بر پایه OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) مبتنی بر OpenGL است و به زبان‌های برنامه‌نویسی وب مانند JavaScript اجازه می‌دهد تا با کارت گرافیک تعامل کنند.

برای استفاده از WebGL، باید کدهای سه‌بعدی و شادرهای گرافیکی را با استفاده از JavaScript در محیط مرورگر نوشت و استفاده از کتابخانه‌های گرافیکی موجود مانند Three.js می‌تواند فرآیند توسعه را سریعتر و آسان‌تر کند.

کدام مرورگرهایی از WebGL پشتیبانی می‌کنند؟

WebGL یک فناوری گرافیکی است که بر اساس OpenGL استاندارد برای توسعه برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی در محیط وب استفاده می‌شود. اکثر مرورگرهای مدرن از WebGL پشتیبانی می‌کنند. در زیر لیستی از مرورگرهایی که از WebGL پشتیبانی می‌کنند آمده است:

Google Chrome: Chrome از WebGL پشتیبانی کامل دارد و برای توسعه و تست برنامه‌های WebGL بسیار مناسب است.
Mozilla Firefox: Firefox نیز از WebGL حمایت می‌کند و اجرای برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی در این مرورگر ممکن است.
Microsoft Edge: نسخه‌های جدید Microsoft Edge همچنین از WebGL پشتیبانی می‌کنند.
Safari: Safari نیز از WebGL پشتیبانی می‌کند، اما برخی ویژگی‌های WebGL در Safari ممکن است محدودتر باشد.
Opera: Opera همچنین WebGL را پشتیبانی می‌کند و به شما اجازه می‌دهد تا برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی را در این مرورگر اجرا کنید.
مرورگرهای دیگر: بسیاری از مرورگرهای مدرن و رایج دیگر نیز از WebGL پشتیبانی می‌کنند، اما ممکن است توانایی اجرای برنامه‌های گرافیکی با کیفیت بالا در آنها متفاوت باشد.

در کل، بیشتر مرورگرهای مدرن امروزی از WebGL پشتیبانی می‌کنند و این به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی پیچیده را بدون نیاز به نصب افزونه‌های جانبی در محیط وب اجرا کنند.

عملکرد WebGL برروی موبایل

WebGL در حال حاضر برای بسیاری از دستگاه‌های موبایل نیز پشتیبانی می‌شود. اکثر دستگاه‌های هوشمند امروزی از WebGL پشتیبانی می‌کنند و این به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی پیچیده را برای دستگاه‌های موبایل ایجاد کنند. توجه داشته باشید که عملکرد نهایی برنامه‌های WebGL بر دستگاه‌های موبایل ممکن است به میزان منابع سخت‌افزاری دستگاه و کیفیت پشتیبانی از WebGL توسط مرورگر موبایل متفاوت باشد.

به طور کلی، تقریباً همه دستگاه‌های موبایل امروزی که از مرورگرهای مدرن مثل Google Chrome یا Safari پشتیبانی می‌کنند، قادر به اجرای برنامه‌های WebGL هستند. اما برای اطمینان از این که برنامه‌های شما به درستی اجرا می‌شوند، تست و اعتبارسنجی بر روی دستگاه‌های مختلف موبایل ضروری است.

مزایا و معایب WebGL

WebGL، همانطور که همه فناوری‌ها دارای مزایا و معایب هستند. در زیر به برخی از مزایا و معایب WebGL اشاره می‌کنم:

مزایا:

کارایی بالا: WebGL از قدرت پردازشی کارت گرافیک سیستم برای اجرای گرافیک سه‌بعدی استفاده می‌کند که باعث افزایش کارایی و اجرای بهتر این نوع گرافیک‌ها می‌شود.
قابلیت اجرا در مرورگر: بدون نیاز به نصب نرم‌افزارهای جانبی، اپلیکیشن‌های WebGL را می‌توان در مرورگرها اجرا کرد که این یکی از مزایای اصلی این تکنولوژی است.
همگامی با استانداردهای وب: WebGL با استفاده از JavaScript و HTML5 تعامل می‌کند و از استانداردهای وب پشتیبانی می‌کند که این امر باعث انعطاف‌پذیری و قابلیت انتقال بیشتر می‌شود.

معایب:

پیچیدگی: توسعه اپلیکیشن‌های WebGL ممکن است نیازمند دانش گسترده‌ای در زمینه گرافیک کامپیوتری و برنامه‌نویسی باشد که این موضوع می‌تواند برای برخی توسعه‌دهندگان مبتدی یا علاقه‌مندان مشکل باشد.
سازگاری: برای اجرای بهینه اپلیکیشن‌های WebGL، نیاز به سخت‌افزار قوی و مرورگرهایی با پشتیبانی خوب از WebGL داریم که ممکن است برخی از کاربران مشکلاتی در این زمینه داشته باشند.
امنیت: استفاده از این تکنولوژی نیازمند دقت برای جلوگیری از آسیب‌پذیری‌های امنیتی است، به عنوان مثال از Cross-Site Scripting (XSS) و…
کندی در برخی مرورگرها: ممکن است در برخی از مرورگرها عملکرد WebGL نسبت به سایر مرورگرها کندتر باشد یا اصلا پشتیبانی نشود.

به طور کلی، WebGL یک فناوری قدرتمند برای ایجاد تجربه‌های گرافیکی سه‌بعدی در مرورگرها است اما نیازمند دانش و توجه به جزئیات است تا بهترین نتایج را بدست آورید.

WebGL چه کاربردی دارد؟

WebGL یک استاندارد برای ایجاد گرافیک سه‌بعدی در مرورگرها است. این فناوری با استفاده از زبان برنامه‌نویسی جاوا اسکریپت (JavaScript) اجازه می‌دهد تا برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی پیچیده را بدون نیاز به نصب پلاگین‌های جانبی اجرا کنید.

کاربردهای WebGL عبارتند از:

بازی‌های ویدیویی: WebGL برای ایجاد بازی‌های سه‌بعدی در مرورگرها بسیار مفید است. این فناوری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا با استفاده از توانایی‌های گرافیکی پیشرفته، بازی‌های پیچیده و واقع‌گرایانه‌ای را ایجاد کنند.
سیمولاتورها و واقعیت مجازی: از آنجا که WebGL امکان ایجاد تصاویر سه‌بعدی را فراهم می‌کند، برنامه‌های شبیه‌سازی و واقعیت مجازی نیز می‌توانند از این فناوری بهره ببرند.
تجسم داده‌ها: از آنجا که WebGL قابلیت نمایش گرافیکی پیچیده را دارد، از آن می‌توان برای تجسم داده‌های پیچیده و ساختار‌یافته استفاده کرد، مانند نمودارها و نمایش‌های گرافیکی دیگر.
تبدیل تصاویر ۲D به ۳D: WebGL قابلیت تبدیل تصاویر دوبعدی به تصاویر سه‌بعدی را دارد. این کاربرد برای ایجاد تصاویر و انیمیشن‌های دینامیک بسیار جالب است.
آموزش آنلاین: از آنجا که WebGL به ایجاد محتوای تعاملی و گرافیکی پیچیده در مرورگرها کمک می‌کند، می‌توان از آن برای ایجاد محتوای آموزشی آنلاین و جذاب استفاده کرد.

با استفاده از WebGL، توانایی ایجاد تجربیات گرافیکی پیچیده و دینامیک در مرورگرها ممکن می‌شود که قبلاً فقط از طریق نرم‌افزارهای دسکتاپ یا پلاگین‌های جانبی بود.

توسعه WebGL با ابزار های مختلف

برای توسعه با WebGL، تعداد زیادی ابزار و کتابخانه‌های مفید وجود دارد که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا به راحتی برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی پیچیده را بسازند. برخی از این ابزارها عبارتند از:

Three.js: Three.js یک کتابخانه JavaScript محبوب برای ایجاد و نمایش صحنه‌های سه‌بعدی در مرورگرها است. این کتابخانه از WebGL به عنوان موتور گرافیکی استفاده می‌کند و امکانات بسیاری برای ایجاد انیمیشن‌ها، افکت‌ها و تعاملات گرافیکی فراهم می‌کند.
Babylon.js: Babylon.js یک کتابخانه قدرتمند WebGL برای توسعه بازی‌ها، شبیه‌سازی‌ها و برنامه‌های ۳D است. این کتابخانه از قابلیت‌هایی مانند فیزیک، نورپردازی، صدا و تعاملات کاربری پیشرفته پشتیبانی می‌کند.
WebGL API: خود API مرورگرها برای پشتیبانی از WebGL بسیار مهم است. توسعه‌دهندگان می‌توانند مستقیما از API WebGL در مرورگرها برای نمایش گرافیک سه‌بعدی استفاده کنند.
GLSL (OpenGL Shading Language): GLSL یک زبان برنامه‌نویسی شیادهی OpenGL است که برای تعریف شیدرها (shaders) گرافیکی استفاده می‌شود. این زبان برای کنترل فرآیند تولید تصاویر سه‌بعدی و اعمال افکت‌های گرافیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Regl: Regl یک کتابخانه سبک WebGL است که بعنوان یک رابط برنامه‌نویسی سطح پایین برای WebGL عمل می‌کند و به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که به صورت مستقیم با API WebGL تعامل کنند.

همه این ابزارها و کتابخانه‌ها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا به طور موثر و کارآمد برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی را در مرورگرها ایجاد کنند.

چگونه می‌توانم با استفاده از Three.js یک پروژه WebGL شروع کنم؟

برای شروع یک پروژه WebGL با استفاده از Three.js، می‌توانید مراحل زیر را دنبال کنید:

۱. اضافه کردن Three.js به پروژه:

ابتدا Three.js را به پروژه خود اضافه کنید. بهترین روش برای این کار این است که از CDN Three.js استفاده کنید. می‌توانید این کد را در بخش <head> از فایل HTML خود اضافه کنید:

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/build/three.min.js"></script>

۲. ایجاد صحنه (Scene)، دوربین (Camera) و رندرر (Renderer):

ایجاد یک صحنه، یک دوربین و یک رندرر با Three.js. مثال:

<script>
    // ایجاد صحنه
    var scene = new THREE.Scene();

    // ایجاد دوربین
    var camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth/window.innerHeight, 0.1, 1000);

    // ایجاد رندرر
    var renderer = new THREE.WebGLRenderer();
    renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);
</script>

۳. ایجاد یک شیء سه‌بعدی:

با Three.js می‌توانید اشیاء سه‌بعدی مختلفی مانند مش‌ها، نورها و متریال‌ها ایجاد کنید. مثال:

<script>
    // ایجاد یک مش‌هندسی (مکعب)
    var geometry = new THREE.BoxGeometry();
    var material = new THREE.MeshBasicMaterial({color: 0x00ff00});
    var cube = new THREE.Mesh(geometry, material);
    scene.add(cube);
</script>

۴. ایجاد حرکت و رندر صحنه:

برای ایجاد حرکت و رندر صحنه، می‌توانید از یک حلقه باز (loop) با استفاده از requestAnimationFrame استفاده کنید. مثال:

<script>
    function animate() {
        requestAnimationFrame(animate);

        // اعمال تغییرات به شیء سه‌بعدی
        cube.rotation.x += 0.01;
        cube.rotation.y += 0.01;

        renderer.render(scene, camera);
    }

    animate();
</script>

۵. پایان و اجرا:

با اجرای فایل HTML شما می‌بایست یک صحنه سه‌بعدی ساده با یک مکعب رنگی که حرکت می‌کند را مشاهده کنید.

این مراحل اولیه است که شما را در آغاز کار با Three.js یاری می‌رساند. از آنجایی که Three.js قدرتمند و گسترده است، می‌توانید با استفاده از منابع آموزشی مختلف و مستندات رسمی آن، مهارت‌های خود را توسعه دهید و پروژه‌های پیچیده‌تری را ایجاد کنید.

استفاده از GLSL در پروژه‌های WebGL

برای استفاده از GLSL (OpenGL Shading Language) در پروژه‌های WebGL، شما باید شیدرهای گرافیکی (vertex shaders و fragment shaders) را بنویسید و آنها را به کد JavaScript خود اضافه کنید. در ادامه یک راهنمای کلی برای استفاده از GLSL در پروژه‌های WebGL ارائه شده است:

نوشتن شیدرها (Shaders):

Vertex Shader: این شیدر مسئول تبدیل مختصات شیء‌ها به فضای سه‌بعدی به مختصات در پنجره نهایی مرورگر است.
Fragment Shader: این شیدر به عنوان مسئول رندر کردن رنگ و سایر ویژگی‌های هر پیکسل در فضای سه‌بعدی عمل می‌کند.

ایجاد شیدرها با GLSL:

شما می‌توانید شیدرهای خود را با استفاده از زبان GLSL نوشته و آنها را در کد JavaScript خود قرار دهید.
مطمئن شوید که شیدرهای شما به درستی تعریف شده و کامپایل شده باشند.

ارتباط با WebGL API:

برای اعمال شیدرها به شیء‌های گرافیکی در WebGL، شما باید شیدرهای خود را به برنامه‌ی WebGL خود ارسال کنید و آنها را به منظور استفاده در ترسیم شیء‌ها فعال کنید.

نمونه کد:

در ادامه یک نمونه ساده از استفاده از GLSL در یک پروژه WebGL آورده شده است:

// Vertex Shader
const vertexShaderSource = `
    attribute vec4 position;
    void main() {
        gl_Position = position;
    }
`;

// Fragment Shader
const fragmentShaderSource = `
    void main() {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    }
`;

const vertexShader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
gl.shaderSource(vertexShader, vertexShaderSource);
gl.compileShader(vertexShader);

const fragmentShader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
gl.shaderSource(fragmentShader, fragmentShaderSource);
gl.compileShader(fragmentShader);

const program = gl.createProgram();
gl.attachShader(program, vertexShader);
gl.attachShader(program, fragmentShader);
gl.linkProgram(program);
gl.useProgram(program);

نکات مهم:

حتماً از توابع WebGL API برای ارتباط با شیدرها استفاده کنید.
مطمئن شوید که شیدرهای شما به درستی کامپایل و لینک شده‌اند.
برای اطمینان از اجرای صحیح کدهای GLSL، از ابزارهای debug که مرورگر فایرفاکس و کروم ارائه می‌دهند استفاده کنید.

با این روش‌ها و نکات مهم، شما می‌توانید به راحتی از GLSL در پروژه‌های WebGL خود استفاده کنید و توانایی‌های گرافیکی پیشرفته‌ای را به نمایش بگذارید.

استفاده از بافت‌ها در شیدرها

بله، می‌توانید از بافت‌ها (textures) در شیدرها (shaders) استفاده کنید تا به شیوه‌های مختلفی شیء‌ها را رندر کنید. استفاده از بافت‌ها در شیدرها به شما این امکان را می‌دهد که جزئیات و ویژگی‌های بصری مختلفی را به شیء‌های خود اضافه کنید. این فرآیند معمولاً با استفاده از نوع داده‌ای “sampler2D” در GLSL انجام می‌شود.

برای استفاده از بافت‌ها در شیدرها، شما باید بافت‌های مورد نظر خود را بارگذاری کرده و سپس از آنها در فرایند ترسیم در شیدرها استفاده کنید. در زیر یک نمونه ساده از استفاده از بافت در یک fragment shader در WebGL آورده شده است:

// Fragment Shader
precision mediump float;

uniform sampler2D texture; // تعریف یک بافت به عنوان ورودی

varying vec2 vTextureCoord; // مختصات بافت

void main() {
    // نمونه استفاده از بافت بر روی یک سطح
    gl_FragColor = texture2D(texture, vTextureCoord);
}

در کد بالا، ما یک بافت را به عنوان ورودی به شیدر ارسال می‌کنیم و سپس در تابع main از تابع texture2D برای خواندن مقدار پیکسل‌های بافت در مختصات مشخص شده استفاده می‌کنیم.

برای استفاده از بافت‌ها، شما بیاید ابتدا بافت‌ها را بارگذاری کنید و سپس در شیدرها آنها را استفاده کنید. توجه داشته باشید که تاثیر بافت‌ها بستگی به نحوه استفاده شما از آنها دارد، مثلا می‌توانید از بافت‌ها برای اعمال رنگ، نقشه‌های افکت‌ها، آب و غیره استفاده کنید.

مقایسه WebGL با Unity

WebGL و Unity دو فناوری مختلف هستند که هرکدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در زیر به مقایسه این دو فناوری می‌پردازیم:

WebGL:

WebGL یک استاندارد وب بر پایه OpenGL است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا با استفاده از HTML، CSS و JavaScript، برنامه‌های گرافیکی سه‌بعدی پیچیده را ایجاد کنند. برای توسعه با WebGL، باید به زبان‌های وب مانند JavaScript و GLSL (OpenGL Shading Language) تسلط داشته باشید.

WebGL به کمک کتابخانه‌هایی مانند Three.js و Babylon.js قابلیت‌های بیشتری برای توسعه بازی‌ها و برنامه‌های گرافیکی فراهم می‌کند.

توسعه بازی‌های وب، شبیه‌سازی‌ها، بدون نیاز به پلاگین، آموزش‌های تعاملی و برنامه‌های گرافیکی پیچیده.

Unity:

Unity یک محیط توسعه یکپارچه است که به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد برنامه‌های ۲D و ۳D را برای محیط‌های مختلف ایجاد کنند، از جمله وب، موبایل، کنسول و دسکتاپ. Unity از زبان C# برای برنامه‌نویسی و اسکریپتنویسی استفاده می‌کند.

Unity شامل ابزارهای گرافیکی، فیزیکی، صوتی و ابزارهای توسعه بازی مختلف است. توسعه بازی‌های موبایل، کنسول، دسکتاپ و واقعیت مجازی، آموزش‌های تعاملی، شبیه‌سازی‌ها و برنامه‌های گرافیکی چندرسانه‌ای.

مقایسه:

زبان برنامه‌نویسی: در حالی که WebGL از JavaScript و GLSL استفاده می‌کند، Unity از C# برای برنامه‌نویسی استفاده می‌کند.
پلتفرم‌های پشتیبانی شده: Unity امکان توسعه برای محیط‌های مختلف را فراهم می‌کند، در حالی که WebGL برای برنامه‌های وب مناسب است.
سطح پیچیدگی: Unity ابزارهای گرافیکی و فیزیکی قدرتمندی دارد که برنامه‌نویسان می‌توانند از آنها بهره ببرند، در حالی که برنامه‌نویسی با WebGL نیازمند تسلط بر زبان‌های وب است.

بنابراین، انتخاب بین WebGL و Unity بستگی به نوع پروژه‌ای که شما قصد دارید ایجاد کنید، مهارت‌های شما و اهداف نهایی شما دارد.

جمع بندی

WebGL یکی از ابزارهای قوی و نوآورانه برای ایجاد گرافیک‌های سه‌بعدی تعاملی در مرورگرهای وب است. با مزایا و قابلیت‌های فراوان خود، توانسته است دنیای وب را تحول دهد و تجربیات بصری جدیدی را برای کاربران ارائه دهد. اگر به جهان جذاب گرافیک‌های سه‌بعدی علاقه‌مند هستید، WebGL یکی از بهترین گزینه‌ها برای شروع است.

برچسب ها