OpenGL学习整理------着色器

Posted 2021-01-17 ziyo

1.着色器

　　着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序。这些小程序为图形渲染管线的某个特定部分而运行。从基本意义上说，着色器

只是一种把输入转化为输出的程序。着色器也是一种非常独立的程序，因为它们之间不能互相通信；

       着色器之间唯一的沟通只有通过输入和输出；

2.GLSL

　　着色器是用一种叫GLSL（OpenGL Shader Luanguage) 的类C语言写成的。

　　典型的着色器结构如下

    #version version_number
    in type in_variable_name;
    in type in_variable_name;

    out type out_variable_name;

    uniform type uniform_name;

    int main()
    {
      // 处理输入并进行一些图形操作
      ...
      // 输出处理过的结果到输出变量
      out_variable_name = weird_stuff_we_processed;
    }

　　　特别对于顶点着色器，每个输入变量也叫顶点属性(Vertex Attribute)。我们能声明的顶点属性是有上限的，一般由硬件决定。

　　　OpenGL确保至少有16个包含4分量的顶点属性可用，有些硬件或许允许更多的顶点属性，可以查询GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS来获取具体上限：

    int nrAttributes;
    glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &nrAttributes);
    std::cout << "Maximum nr of vertex attributes supported: " << nrAttributes << std::endl;

3.数据类型

　　GLSL有数据类型可以来指定变量的种类。

　　数据类型： int、float、double、uin（unsigned int ）t、bool；

　　容器类型： Vector、Matrix；

4.向量

　　GLSL中的向量是一个可以包含有1、2、3或者4个分量的容器，分量的类型可以是前面默认基础类型的任意一个。它们可以是下面的形式（n代表分量的数量）：

类型	含义
vecn	包含n个float分量的默认向量
bvecn	包含n个bool分量的向量
ivecn	包含n个int分量的向量
uvecn	包含n个unsigned int分量的向量
dvecn	包含n个double分量的向量

 

　　大多数时候我们使用vecn，因为float足够满足大多数要求了。

 

5.输入输出

　　我们希望每个着色器都有输入和输出，这样才能进行数据交流和传递。

　　GLSL定义了in和out关键字专门来实现这个目的。每个着色器使用这两个关键字设定输入和输出，只要一个输出变量与下一个着色器阶段的输入匹配，它就会传递下去。

 

　　但在顶点和片段着色器中会有点不同。

　　顶点着色器应该接收的是一种特殊形式的输入，否则就会效率低下。顶点着色器的输入特殊在，它从顶点数据中直接接收输入。

　　为了定义顶点数据该如何管理，我们使用location这一元数据指定输入变量，这样我们才可以在CPU上配置顶点属性。

　　我们已经在前面的教程看过这个了，layout (location = 0)。顶点着色器需要为它的输入提供一个额外的layout标识，这样我们才能把它链接到顶点数据。

你也可以忽略layout (location = 0)标识符，通过在OpenGL代码中使用glGetAttribLocation查询属性位置值(Location)，但是我更喜欢在着色器中设置它们，这样会更容易理解而且节省你（和OpenGL）的工作量。

 

　　另一个例外是片段着色器，它需要一个vec4颜色输出变量，因为片段着色器需要生成一个最终输出的颜色。

　　如果你在片段着色器没有定义输出颜色，OpenGL会把你的物体渲染为黑色（或白色）。

 

6.Uniform

　　Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式，但uniform和顶点属性有些不同。

　　首先，uniform是全局的(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。

　　第二，无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新。

 

　　顶点着色器中不需要这个uniform，所以我们不用在那里定义它。

 

　　

如果你声明了一个uniform却在GLSL代码中没用过，编译器会静默移除这个变量，导致最后编译出的版本中并不会包含它，这可能导致几个非常麻烦的错误，记住这点！

 

　　当我们在着色器中定义了Uniform后，我们还没有给它添加任何数据，所以下面我们就做这件事。

　　我们首先需要找到着色器中uniform属性的索引/位置值。当我们得到uniform的索引/位置值后，我们就可以更新它的值了。

　　这次我们不去给像素传递单独一个颜色，而是让它随着时间改变颜色：

　　

　　float timeValue = glfwGetTime();
　　float greenValue = (sin(timeValue) / 2.0f) + 0.5f;
　　int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
　　glUseProgram(shaderProgram);
　　glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);