WebGL 和 Three.js 是現代網頁中實現 3D 圖形和動畫的兩大關鍵技術。盡管它們有著緊密的關系，但它們在功能和使用場景上有所不同。簡單來說，WebGL 是一個底層圖形庫，提供了對計算機 GPU 的直接訪問，而 Three.js 則是建立在 WebGL 基礎之上的一個高級庫，使得開發者可以更容易地構建 3D 場景和交互。本文將深入探討這兩者的原理、作用以及它們之間的關系，幫助大家理解如何選擇合適的技術棧來開發 3D 網頁應用。
1. WebGL：底層圖形渲染的力量
WebGL（Web Graphics Library）是一種在網頁上渲染 3D 圖形的技術，它允許 JavaScript 直接控制計算機的 GPU（圖形處理單元）來執行圖形渲染任務。WebGL 本質上是一個低級別的 API，它為開發者提供了豐富的圖形渲染功能，但同時也要求開發者掌握較為復雜的圖形編程技術。
WebGL 的核心特點：
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直接訪問 GPU：WebGL 利用 GPU 來加速圖形渲染，能夠處理大量的圖形數據和計算任務，顯著提高圖形的渲染性能。
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復雜的編程要求：由于 WebGL 接口較為低級，開發者需要自己處理很多底層的細節，比如圖形的頂點數據、紋理映射、著色器編程等。
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廣泛的兼容性：WebGL 可以在幾乎所有現代瀏覽器上運行，支持各種操作系統和設備，是構建跨平臺 3D 圖形應用的理想選擇。
WebGL 的工作原理：
WebGL 使用的渲染管線包括多個階段：
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頂點階段：處理圖形的基礎數據，如每個頂點的位置、顏色等。
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著色器階段：通過編寫著色器代碼，控制每個像素的外觀，包括顏色、陰影等。
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光柵化階段：將三維圖形投影到二維平面上，進行像素的填充。
盡管 WebGL 提供了強大的功能，但它要求開發者有較深的圖形學基礎，理解著色器編程、矩陣變換等復雜概念。
2. Three.js：WebGL 的“簡化工具箱”
Three.js 是一個開源的 JavaScript 庫，建立在 WebGL 之上，旨在簡化 3D 圖形開發的復雜性。Three.js 為 WebGL 提供了一個更高層次的封裝，使得開發者可以輕松創建、渲染和操作 3D 場景，而無需直接與 WebGL 的底層 API 打交道。
Three.js 的核心特點：
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簡化開發流程：Three.js 提供了豐富的內置類和函數，使得開發者能夠快速創建場景、相機、物體等 3D 元素，減少了編寫大量底層代碼的需求。
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跨平臺兼容：像 WebGL 一樣，Three.js 同樣支持所有現代瀏覽器和設備，它能夠讓開發者創建跨平臺的 3D Web 應用。
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強大的功能支持：Three.js 內置了很多高級功能，例如光照、陰影、材質、紋理、粒子效果、動畫等，大大降低了開發復雜效果的難度。
Three.js 的工作原理：
Three.js 抽象了 WebGL 的底層細節，提供了易用的 API 進行 3D 圖形渲染。開發者可以通過以下幾步來使用 Three.js：
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創建場景（Scene）：一個場景就是你的 3D 世界，所有的物體、光源、相機等都放置在其中。
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設置相機（Camera）：相機決定了你從哪個角度觀察場景。
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創建物體（Mesh）：你可以通過 Three.js 提供的幾何體（如立方體、球體）和材質（如顏色、紋理）來創建物體。
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渲染場景：最后，通過渲染器（Renderer）將場景渲染到網頁上，顯示 3D 圖形。
通過 Three.js，開發者可以專注于構建 3D 應用的邏輯和交互，而不必擔心低級別的細節，如頂點數據、著色器和矩陣變換等。
3. WebGL 與 Three.js 的關系
WebGL 是底層，Three.js 是高級封裝：
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WebGL 提供了強大的圖形渲染能力，但它的接口復雜，要求開發者處理大量的低級別細節。
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Three.js 是在 WebGL 上的一個高層庫，簡化了 3D 渲染的復雜性，允許開發者使用更簡單的代碼來創建和渲染 3D 圖形。
實際上，當你使用 Three.js 時，它的內部實際上是調用 WebGL 來進行圖形渲染。Three.js 負責管理場景、物體、光源、相機等高級概念，而 WebGL 則負責實際的圖形渲染過程。
舉個例子：
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WebGL：如果你想繪制一個立方體，首先你需要定義每個角的坐標、每個面的顏色、光照等。你還需要編寫著色器來控制顏色的計算。
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Three.js：通過 Three.js，你只需要創建一個
BoxGeometry（立方體幾何體）和一個MeshBasicMaterial（材質），然后將它添加到場景中。剩下的復雜部分（如坐標轉換、著色器編寫）都由 Three.js 為你處理。
4. 小結：如何選擇 WebGL 和 Three.js
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使用 WebGL：如果你需要完全控制渲染流程，精細調整每一個圖形細節，或者在性能上有非常高的要求，WebGL 是最佳選擇。你可以通過它直接訪問 GPU，進行高效渲染。
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使用 Three.js：如果你希望快速構建 3D 場景，并且不想陷入繁瑣的底層代碼中，Three.js 無疑是最好的選擇。它封裝了 WebGL 的大部分復雜性，讓開發者能夠專注于創意和設計，而不用擔心實現細節。
5、CPU 和 GPU（顯卡（Graphics Card）） 有何不同？
| 特性 | CPU | GPU |
|---|---|---|
| 核心數量 | 少（通常 2 到 16 個核心） | 多（通常數百到上千個核心） |
| 計算能力 | 強大的單線程性能，適合串行任務 | 強大的并行計算能力，適合大量相似計算 |
| 適用任務 | 復雜的計算、邏輯控制、操作系統管理 | 圖形渲染、深度學習、大規模計算 |
| 工作模式 | 串行處理 | 并行處理 |
| 應用領域 | 所有計算任務、操作系統、應用程序運行 | 圖形渲染、視頻解碼、深度學習、大數據 |
| 代表品牌 | Intel、AMD | NVIDIA、AMD |
