（转）GLSL教程在OpenGL…

Posted 2023-02-20 泉_哥

引言

一个OpenGL程序可以用多种方式和shader通信。注意这种通信是单向的，因为shader的输出只能是渲染到某些目标，比如颜色和深度缓存。

OpenGL的部分状态可以被shader访问，因此程序改变OpenGL某些状态就可以与shader进行通信了。例如一个程序想把光的颜色传给shader，可以直接调用OpenGL接口，就像使用固定功能流水线时做的那样。

不过，使用OpenGL状态并不是设置shader中使用数据的直观方式。比如一个shader需要一个表示时间变化的变量来计算动画，在OpenGL状态中就没有现成的变量可用。当然，你可以使用没有用到的“镜面光截止角度（cutoffangle）”这样一个变量表示时间，但显然让人难以接受。

幸运的是，GLSL允许用户自定义变量，实现OpenGL应用程序与shader通信。有了这个功能，你就可以命名一个叫做timeElapsed的变量表示经过的时间。

上文的讨论涉及到了GLSL提供的两种类型修饰符（更多的类型将在后面提到）：

?一致变量（Uniform）

?属性（Attribute）

在shader中定义的变量如果用这两种类型修饰符，表示对shader来说，它们是只读的。下面将详细讲述怎样使用这些类型的变量。

还有一种将变量送给shader的方法：使用纹理。一个纹理不止可以表示一张图片，它还可以表示一个数组。事实上，你完全可以决定如何在shader中解释纹理数据，即使它真是一幅图片。

 

数据类型和变量

下面是GLSL中的基本数据类型：

?float

?bool

?int

浮点类型与C中类似，布尔类型可以为true或false。这些基本类型可以组成2、3或4维向量，如下所示：

?vec2,3,4 a vector of 2,3,or 4 floats

?bvec2,3,4 bool vector

?ivec2,3,4 vector of integers

GLSL还包括2×2、3×3或4×4型矩阵，因为这些矩阵类型在图形处理中很常用：

?mat2

?mat3

?mat4

此外，还有一组用来实现纹理访问的特殊类型，它们被称为采样器（sampler），在读取纹理值（也称为纹素texel）时用到。下面就是纹理采样用到的数据类型：

?sampler1D - for 1D textures

?sampler2D - for 2D textures

?sampler3D - for 3D textures

?samplerCube - for cube map textures

?sampler1DShadow - for shadow maps

?sampler2DShadow - for shadow maps

在GLSL中，可以像C一样声明和访问数组，但是不能在声明时初始化数组。GLSL还可以定义结构体：

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1. struct dirlight  
2.   
3.     vec3 direction;  
4.     vec3 color;  
5. ;  

struct dirlight vec3 direction; vec3 color; ;变量

声明一个基本类型变量的方法与C类似，你还可以在声明它的同时进行初始化。

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1. float a,b;       // two vector (yes, the comments are like in C)   
2. int c = 2;       // c is initialized with 2   
3. bool d = true;  // d is true  

float a,b; // two vector (yes, the comments are like in C) int c = 2; // c is initialized with 2 bool d = true; // d is true声明其它类型变量也是按照这种方法，但是初始化与C语言有区别。GLSL非常依赖构造函数实现初始化和类型转换。

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1. float b = 2;          // incorrect, there is no automatic type casting   
2. float e = (float)2; // incorrect, requires constructors for type casting   
3. int a = 2;  
4. float c = float(a); // correct. c is 2.0   
5. vec3 f;                // declaring f as a vec3   
6. vec3 g = vec3(1.0,2.0,3.0); // declaring and initializing g  

float b = 2; // incorrect, there is no automatic type casting float e = (float)2; // incorrect, requires constructors for type casting int a = 2;float c = float(a); // correct. c is 2.0 vec3 f; // declaring f as a vec3 vec3 g = vec3(1.0,2.0,3.0); // declaring and initializing g在GLSL中使用一些变量初始化其它变量是非常灵活的。你只需要给出需要的数据成员即可。请看下面的例子：

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1. vec2 a = vec2(1.0,2.0);  
2. vec2 b = vec2(3.0,4.0);  
3. vec4 c = vec4(a,b)   // c = vec4(1.0,2.0,3.0,4.0);   
4. vec2 g = vec2(1.0,2.0);  
5. float h = 3.0;  
6. vec3 j = vec3(g,h);  

vec2 a = vec2(1.0,2.0); vec2 b = vec2(3.0,4.0);vec4 c = vec4(a,b) // c = vec4(1.0,2.0,3.0,4.0); vec2 g = vec2(1.0,2.0);float h = 3.0; vec3 j = vec3(g,h);矩阵的初始化也是类似方法，矩阵包含很多种构造函数，下面的例子给出了一些初始化矩阵的构造函数：

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1. mat4 m = mat4(1.0)   // initializing the diagonal of the matrix with 1.0   
2. vec2 a = vec2(1.0,2.0);  
3. vec2 b = vec2(3.0,4.0);  
4. mat2 n = mat2(a,b); // matrices are assigned in column major order   
5. mat2 k = mat2(1.0,0.0,1.0,0.0); // all elements are specified  

mat4 m = mat4(1.0) // initializing the diagonal of the matrix with 1.0 vec2 a = vec2(1.0,2.0);vec2 b = vec2(3.0,4.0); mat2 n = mat2(a,b); // matrices are assigned in column major order mat2 k = mat2(1.0,0.0,1.0,0.0); // all elements are specified

下面的例子给出了初始化结构体的方法：

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1. struct dirlight     // type definition   
2.   
3.     vec3 direction;  
4.     vec3 color;  
5. ;  
6. dirlight d1;  
7. dirlight d2 = dirlight(vec3(1.0,1.0,0.0),vec3(0.8,0.8,0.4));  

struct dirlight // type definition vec3 direction; vec3 color;;dirlight d1; dirlight d2 = dirlight(vec3(1.0,1.0,0.0),vec3(0.8,0.8,0.4));在GLSL中还有一些实用的选择子（selector），可以简化我们的操作并让代码更简洁。访问一个向量可以使用如下的方法：

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1. vec4 a = vec4(1.0,2.0,3.0,4.0);  
2. float posX = a.x;  
3. float posY = a[1];  
4. vec2 posXY = a.xy;  
5. float depth = a.w  

vec4 a = vec4(1.0,2.0,3.0,4.0); float posX = a.x;float posY = a[1];vec2 posXY = a.xy; float depth = a.w在上面的代码片段中，可以使用x、y、z、w来访问向量成员。如果是颜色的话可以使用r、g、b、a，如果是纹理坐标的话可以使用s、t、p、q。注意表示纹理坐标通常是使用s、t、r、q，但r已经表示颜色中的红色（red）了，所以纹理坐标中需要使用p来代替。

矩阵的选择子可以使用一个或两个参数，比如m[0]或者m[2][3]。第一种情况选择了第一列，第二种情况选择了一个数据成员。

对于结构体来说，可以像在C语言中一样访问其成员。所以访问前面定义的结构体，可以使用如下的代码：

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1. d1.direction = vec3(1.0,1.0,1.0);  

d1.direction = vec3(1.0,1.0,1.0);变量修饰符

修饰符给出了变量的特殊含义，GLSL中有如下修饰符：

?const - 声明一个编译期常量。

?attribute- 随不同顶点变化的全局变量，由OpenGL应用程序传给顶点shader。这个修饰符只能用在顶点shader中，在shader中它是一个只读变量。

?uniform- 随不同图元变化的全局变量（即不能在glBegin/glEnd中设置），由OpenGL应用程序传给shader。这个修饰符能用在顶点和片断shader中，在shader中它是一个只读变量。

?varying -用于顶点shader和片断shader间传递的插值数据，在顶点shader中可写，在片断shader中只读。

一致变量（Uniform Variables）

不同于顶点属性在每个顶点有其自己的值，一个一致变量在一个图元的绘制过程中是不会改变的，所以其值不能在glBegin/glEnd中设置。一致变量适合描述在一个图元中、一帧中甚至一个场景中都不变的值。一致变量在顶点shader和片断shader中都是只读的。

首先你需要获得变量在内存中的位置，这个信息只有在连接程序之后才可获得。注意，对某些驱动程序，在获得存储位置前还必须使用程序（调用glUseProgram）。

获取一个一致变量的存储位置只需要给出其在shader中定义的变量名即可：

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1. GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const char *name);  
2. 参数：  
3. ?program - the hanuler to the program  
4. ?name - the name of the variable  

GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const char *name); 参数：?program - the hanuler to the program ?name - the name of the variable返回值就是变量位置，可以用此信息设置变量的值。根据变量的数据类型不同，有一系列函数可以用来设置一致变量。用来设置浮点值的一组函数如下：

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1. void glUniform1f(GLint location, GLfloat v0);  
2. void glUniform2f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1);  
3. void glUniform3f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2);  
4. void glUniform4f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2, GLfloat v3);  
5. 或者  
6. GLint glUniform1,2,3,4fv(GLint location, GLsizei count, GLfloat *v);  
7. 参数：  
8. ?location - the previously queried location  
9. ?v0,v1,v2,v3 - float values  
10. ?count - the number of elements in the array  
11. ?v - an array of floats  

void glUniform1f(GLint location, GLfloat v0); void glUniform2f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1); void glUniform3f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2); void glUniform4f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2, GLfloat v3); 或者GLint glUniform1,2,3,4fv(GLint location, GLsizei count, GLfloat *v);参数： ?location - the previously queried location?v0,v1,v2,v3 - float values ?count - the number of elements in the array?v - an array of floats

对integer类型也有一组类似的函数，不过要用i替换函数中的f。对bool类型没有专门的函数，但可以使用整数的0和1来表示真假。一旦你使用了一致变量数组，那么就必须使用向量版本的函数。

对sampler变量，使用函数glUniform1i和glUniform1iv。

矩阵也是一种GLSL的数据类型，所以也有一组针对矩阵的函数：

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1. GLint glUniformMatrix2,3,4fv(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, GLfloat *v);  
2. 参数：  
3. location - the previously queried location.  
4. count - the number of matrices. 1 if a single matrix is being set, or n for an array of n matrices.  
5. transpose - wheter to transpose the matrix values. A value of 1 indicates that the matrix values are specified in row major order, zero is column major order  
6. v - an array of floats.  

GLint glUniformMatrix2,3,4fv(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, GLfloat *v); 参数：location - the previously queried location. count - the number of matrices. 1 if a single matrix is being set, or n for an array of n matrices. transpose - wheter to transpose the matrix values. A value of 1 indicates that the matrix values are specified in row major order, zero is column major order v - an array of floats.

还有一点要注意的是：使用这些函数之后，变量的值将保持到程序再次连接之时。一旦进行重新连接，所有变量的值将被重置为0。

最后是一些示例代码。假设一个shader中使用了如下变量：

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1. uniform float specIntensity;  
2. uniform vec4 specColor;  
3. uniform float t[2];  
4. uniform vec4 colors[3];  

uniform float specIntensity; uniform vec4 specColor;uniform float t[2];uniform vec4 colors[3];

在OpenGL程序中可以使用下面的代码设置这些变量：

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1. GLint loc1,loc2,loc3,loc4;  
2. float specIntensity = 0.98;  
3. float sc[4] = 0.8,0.8,0.8,1.0;  
4. float threshold[2] = 0.5,0.25;  
5. float colors[12] = 0.4,0.4,0.8,1.0,  
6.                 0.2,0.2,0.4,1.0,  
7.                 0.1,0.1,0.1,1.0;  
8.   
9. loc1 = glGetUniformLocation(p,"specIntensity");  
10. glUniform1f(loc1,specIntensity);  
11.   
12. loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor");  
13. glUniform4fv(loc2,1,sc);  
14.   
15. loc3 = glGetUniformLocation(p,"t");  
16. glUniform1fv(loc3,2,threshold);  
17.   
18. loc4 = glGetUniformLocation(p,"colors");  
19. glUniform4fv(loc4,3,colors);  

GLint loc1,loc2,loc3,loc4; float specIntensity = 0.98;float sc[4] = 0.8,0.8,0.8,1.0; float threshold[2] = 0.5,0.25;float colors[12] = 0.4,0.4,0.8,1.0, 0.2,0.2,0.4,1.0, 0.1,0.1,0.1,1.0; loc1 = glGetUniformLocation(p,"specIntensity");glUniform1f(loc1,specIntensity); loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor");glUniform4fv(loc2,1,sc); loc3 = glGetUniformLocation(p,"t");glUniform1fv(loc3,2,threshold); loc4 = glGetUniformLocation(p,"colors"); glUniform4fv(loc4,3,colors);例子代码的下载地址：

http://lighthouse3d.com/wptest/wp-content/uploads/2011/03/glutglsl2_2.0.zip

注意设置一个数组（例子中的t）与设置四元向量（例子中的colors和specColor）的区别。中间的count参数指在shader中声明的数组元素数量，而不是在OpenGL程序中声明的。所以虽然specColor包含4个值，但glUniform4fv函数中的参数是1，因为它只是一个向量。另一种设置specColor的方法：

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1. loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor");  
2. glUniform4f(loc2,sc[0],sc[1],sc[2],sc[3]);  

loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor"); glUniform4f(loc2,sc[0],sc[1],sc[2],sc[3]);GLSL中还可以获取数组中某个变量的地址。比如，可以获得t[1]的地址。下面的代码片段展示了设置t数组元素的另一种方法：

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1. loct0 = glGetUniformLocation(p,"t[0]");  
2. glUniform1f(loct0,threshold[0]);  
3.   
4. loct1 = glGetUniformLocation(p,"t[1]");  
5. glUniform1f(loct1,threshold[1]);  

loct0 = glGetUniformLocation(p,"t[0]"); glUniform1f(loct0,threshold[0]);loct1 = glGetUniformLocation(p,"t[1]"); glUniform1f(loct1,threshold[1]);

注意在glGetUniformLocation中使用方括号指示的变量。

转自http://blog.csdn.net/racehorse/article/details/6634830

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