uniform对象及其使用

uniform代表opengl中用到的全局数据，是客户端向opengl传送数据的重要方式，该类数据不属于某个具体的shader。每一个uniform数据都属于一个uniform block，而uniform block分为两类，第一类是default block，第二类是uniform block，第一类block是每个program对象默认分配的，每一个program对象都有唯一的default block，通过glUseProgram切换程序对象时，对应的default block也会相应变化。第二类uniform block则可以在各个程序间共享，不随着program对象的变化而变化，下面就介绍下两种block对象及其使用。

Default Block及其使用

首先介绍default block，其变量定义在shader中，通过客户端赋值，shader程序不能对uniform变了赋值，shader中的定义如下：

uniform float fTime；

uniform vec4 testColor;

如上定义，uniform变量的定义只需在一般变量定义的最前面加上uniform关键字即可，这些变量都会分配在default block中，default block中的每个uniform变量都有一个唯一的位置用于标识，shader程序不需要显示指定其位置，系统会自动为变量分配位置，如果有需要，使用者也可以显示指定位置，方法如下

layout (location = 15) uniform vec4 myUniform

对于系统自动分配的uniform变量，可以使用如下方法查询其位置，如下：

GLint glGetUniformLocation（GLuint program,const GLchar * name）

例如上面定义的变量，可通过GLint location = glGetuniformLocation(myProgram,"myUniform")查询其位置，返回值location为15。

接下来，需要为我们定义的uniform变量赋值，注意，shader程序不允许直接赋值，但可以在定义的时候赋予一个初始值，要想改变变量的值，需要通过glUniform＊函数族，这类函数都需要知道uniform变量的位置，根据uniform数据类型的不同，函数名称也不同，一些常用的类型和使用方法如下

glUniform1f（0，45.2f） glUniform1i(1,42) glUniform4f(2,1.0f,1.0f,1.0f,1.0f) glUniform1i(3,GL_FALSE)

需要注意的是，bool型uniform变量和int型变量的赋值方法一样。上面各方法都是直接在参数中指定uniform变量需要的值，一来参数较多书写不方便，二来如果uniform变量是一个数组，参数无法指定，所以opengl又提供了以向量为参数的函数族，与上面的函数族相比，每一个函数后面都有一个“v”作为标识，如下：

GLfloat vColors[4][2] = {{1.0f,1.0f,1.0f,1.0f},{1.0f,0.0f,1.0f,1.0f}};

glUniform4fv(iColorLocation,2,vColors); ／／中间的参数代表数组元素个数

Uniform Block及其使用

接下来介绍uniform block，这种类型的block适合保存一些不随程序变化的数据，比如变换矩阵等等，定义如下

uniform TransformBlock

{

float scale;

vec3 translation;

mat4 projection_matrix;

}transform;

如上所示，定义和之前介绍的interface block非常相似，唯一的区别是关键字由in或out换成了uniform，TransformBlock是uniform block的名字，transform是实例名称，有点类似c＋＋中的类和对象的关系。每一个uniform block都有一个唯一的block index，block中的每一个成员变量都有一个唯一的index，这个index是跨block的，也就是说，系统是把所有的uniform block中的所有成员变量统一布局和划分index，通过idnex可以查询成员变量的大小，位置，类型，名字等各种详细信息。

uniform block都是用户自定义的结构体，opengl没有函数可以直接进行赋值，唯一的方法是绑定一个自定义的vbo对象，用户自己按照uniform block的实际布局在vbo对象中相应的位置对各个分量进行赋值，shader则直接从vbo对象中获得正确的值。这就涉及到结构体的布局问题，也就是常说的aligment对其方式，常用的有standard layout和share layout两种布局方法。stdlayout是一种约定好的标准，只要按照这个标准进行声明，在对应的vbo对象中也按照这个标准进行布局和赋值即可。share layout是在满足standard layout 的基础上，用户可以显示指定更为详细的布局方法。

标准布局的声明如下：

layout (std140) uniform TransformBlock

{

float scale;

... ...//

}

std140的具体规则是：

1 float bool int等基本类型必须放在4N的地址，如0，4，8等

2 vec2,ivec2,dvec2等两维向量必须放在8N的地址，如0，8，16等，vec3，vec4等高阶向量必须放在16N的地址

3 数组中的每一个成员变量都必须放在16N的地址，矩阵或者矩阵数组都可以认为是由相应列向量组成的数组

4 结构体成员变量必须放在16N 的地址

举个简单的例子，如下

share layout 的定义如下，在std140基础上，可以在成员变量定义前面通过offset修饰符指定具体位置，align代表每一个成员变量都必须满足的对其倍数，这两个值共同决定成员变量最后的位置。

前面提到，每一个uniform block的成员变量都有一个全局index，获取index方法如下：

void glGetUniformIndices（GUuint program，GLsizei uniformCount， const GLchar ** uniformNmaes,GUuint *uniformIndices);

使用方法如下：

static const GLchar * uniformNames[2] =

{

"TransformBlock.scale",

"TransformBlock.translation"

}

GLuint uniformIndices[2];

glGetUniformIndices(programe,2,uniformNames,uniformIndices);

有了成员变量的index，我们可以通过void glGetActiveUniformsiv(GUuint program, GLsizei uniformCount,const GUuint *uniformIndices, Glenum pname,GLint *params)来查询成员变量的详细信息，比较重要的是pname参数，这个参数代表要查询的属性，可取值范围如下：

GL_UNIFORM_TYPE //数据类型

GL_UNIFORM_SIZE //数组长度，非数组类型返回1

GL_UNIFORM_NAME_LENGTH//名字长度

GL_UNIFORM_BLOCK_INDEX //block index

GL_UNIFORM_OFFSET //成员变量在uniform block中的偏移量

GL_UNIFORM_ARRAY_STRIDE //数组中两个连续成员的偏移量，非数组成员返回0

GL_UNIFORM_MATRIX_STRIDE //连续两个行向量或列向量的偏移量，非矩阵成员变量返回0

GL_UNIFORM_IS_ROW_MAJOR //矩阵成员变量并且是行向量形式存储则返回1，其他返回0

该函数对于shader源码不可见的情况有较大用处，在对uniform block进行赋值的时候，通过查询可得知其内部布局，从而对vbo对象进行赋值操作，然后将vbo对象和uniform block进行绑定即可完成赋值操作，绑定相关方法如下：

1 通过GLuint glGetUniformBlockIndex(GUuint program ,const GLchar *uniformBlockName)获取block index；

2 通过void glUniformBlockBinding(GLuint program, GLuint uniformBlockIndex,Gluint uniformBlockBinding)绑定block和uniform buffer的binding point

3 通过glBindBufferBase(GL_UNIFORM_BUFFER,index,buffer)将特定buffer 绑定在unifrom buffer对应的binding point

以上步骤即可完成对unifromBlock的赋值操作，但有一种更为简单的绑定方法，即在shader中指定绑定即可，如下：

layout (std140,binding = 2)uniform TransformBlock

{

....

} transfrom;

以上就是uniform block的基本使用方法，希望对大家有所帮助。

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