OpenGL中的着色语言-GLSL

3YL
2022-02-13 09:11:34
VC++/QT桌面编程
2041
QT VC++/C#/桌面

Glimpse

GLSL是专门用来OpenGL shader的语言，shader是可以直接在GPU上运行的小程序，一般以字符串的方式在代码中使用。shader分为vertex shader（顶点着色器）与fragment shader（片段着色器）两种，顶点shader在每个顶点执行一次，片段shader在每个像素执行一次，两者配合决定模型的渲染结果。

变量类型

GLSL中用来传递值的变量类型有三种：attribute、uniform、varying。

attribute
attribute变量只存在于顶点shader，用于顶点shader接收CPU传来的数据，多为顶点相关的数据。attribute给了CPU一个向shader传递值的接口，CPU通过变量名获取attribute变量在GPU的地址，使用glVertexAttribPointer命令向其赋值。通常CPU将模型的顶点数据传给shader，shader会依次对每个顶点通过一系列矩阵操作，确定其最终位置，赋值给顶点shader内建的输出变量gl_position供渲染管线下一步使用。

//get attribute slot position
_vertexPosition = glGetAttribLocation(_programHandle, "vertexPosition");
//feed attribute slot
glVertexAttribPointer(_vertexPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(float)*3, 0);

uniform
uniform常量在shader中不可变，不同于attribute变量，其在顶点shader和片段shader中都可以使用，如果两个shader中都声明了同一个uniform变量，那么他们值是相同的。CPU通过变量名获取uniform变量在GPU的地址，使用glUniform1i命令向其赋值。通常CPU通过uniform常量向GPU传递纹理等数据块。

//get uniform slot position
GLint yuvType = glGetUniformLocation(_programHandle, "yuvType");
//feed uniform slot
glUniform1i(1, yuvType);

varying
顶点shader用varying变量向片段shader传递值。使用时，在顶点shader与片段shader中定义同一个varying变量，顶点shader在顶点执行完之后，会自动将值传递给片段shader。varying变量CPU是不可见的，一般是顶点shader中计算并赋值。通常varying变量用来传递顶点的颜色值、纹理坐标。渐变量有一个重要的特点是可以自动插值。从CPU传给GPU的只是模型每个顶点的属性，对于顶点之间的线或面上的像素属性（主要是其颜色和纹理坐标），渐变量可以根据该像素在顶点间的位置自动插值出来。这个特点也是为符合其用途的需要。

GLSL有一些特定的数据类型，如vec表示向量、mat表示矩阵、sample2D/sample3D表示纹理。
除此之外GLSL还拥有自己的内建变量，即以gl_开头的变量。可以看这里查阅

博主注：OpenGL3.0以上不再使用varying,attribute等类型，改为in、out，可查看官方网站标志不同点。

语法

GLSL的是基于C的一种语言，语法与其相同，每个shader都由main函数作为程序入口。不同的是shader都有自己的内建变量，使用它们可以与渲染管线通信。例如顶点shader的任务就是计算顶点的最终位置并赋值给gl_Position，片段shader计算每个像素的颜色并赋值给gl_FragColor。

以下是一对简单的shader，顶点shader接受CPU传来的vertexPosition与pixelColor，再将pixelColor传递给片段shader，GPU根据它们的计算结果渲染结果。

vertex shader：

//attribute 关键字用来描述传入shader的变量
attribute vec4 vertexPosition; // 需要从外部获取的4分量
vectorattribute vec4 pixelColor; 
//varying 关键字用来描述从vertex shader传递给fragment shader的变量
//精度修饰符分为三种：highp, mediump, lowpvarying mediump vec4 finalPixelColor; //mediumP修饰代表中等精度，提高效率。
 void main(void) { 
    finalPixelColor = pixelColor; // 将pixelColor的值通过finalPixelColor传递给fragment shader
    gl_Position = vertexPosition; // gl_Position是vertex shader的内建变量，gl_Position中的顶点值最终输出到渲染管线中
}

fragment shader：

varying mediump vec4 finalPixelColor; 
void main(void) { 
  gl_FragColor = finalPixelColor; 
  // gl_FragColor是fragment shader的内建变量，gl_FragColor中的像素值最终输出到渲染管线中
}

博主注：3.x以上不再使用 gl_FragColor，自己定义out变量直接赋值即可。