OpenGL基础39：GLSL内建变量与接口块

GLSL有几个以gl_为前缀的变量（内建变量），它们在着色器中能直接获取和使用，并且都有着很重要的意义，gl_Position 和 gl_FragCoord 就是两个典型的内建变量

一、顶点着色器变量

gl_Position：

顶点着色器裁切空间输出的位置向量。想让屏幕上渲染出东西，那么就必须使用，否则将什么都看不到，在第一次接触顶点着色器之后，就一直在用它了

gl_PointSize：

渲染出的点的大小，需要满足以下两个条件，gl_PointSize才会是有效的：

glEnable(GL_PROGRAM_POINT_SIZE)：允许在着色器中设置点的大小
绘制时渲染的基本图形(primitive)是 GL_POINTS

它是一个float变量，可以以像素的方式设置点的高度和宽度，在着色器中描述每个顶点做为点被绘制出来的大小：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 1) in vec3 normal;
layout (location = 2) in vec2 texture;
out vec2 texIn;
out vec3 normalIn;
out vec3 fragPosIn;
uniform mat4 model;             //模型矩阵
uniform mat4 view;              //观察矩阵
uniform mat4 projection;        //投影矩阵
void main()
{gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0);gl_PointSize = gl_Position.z;texIn = texture;fragPosIn = vec3(model * vec4(position, 1.0f));normalIn = mat3(transpose(inverse(model))) * normal;
}

看上去比较惊悚，改变了绘制模式为GL_POINTS，着色器修改如上：当顶点距离观察者更远的时候，它就会变得更大，后面的一些粒子效果也是通过这个实现的

gl_VertexID：

上面的gl_Position和gl_PointSize都是输出变量，它们的值是作为顶点着色器的输出被读取的，因此可以向它们写入数据来影响结果，而gl_VertexID是一个输入变量，只能够读取

gl_VertexID是个整型变量，它储存着我们绘制的当前顶点的ID，当进行索引渲染（glDrawElements）时，这个变量保存着当前绘制的顶点的索引，当用的不是索引绘制（glDrawArrays）时，这个变量保存的是从渲染开始起直到当前处理的这个顶点的（当前顶点）编号，目前没什么用

二、片段着色器变量

gl_FragCoord：

在《OpenGL基础29：深度测试》这一章就用过了，只读输入变量vec4，其中x和y为窗口坐标（别忘了openGL默认以左下为原点），其中小数部分恒为(0.5, 0.5)，这是因为原点并非(0, 0)而是(0.5, 0.5)的原因，整数部分就是数第几个像素点了，若viewport范围为(0, 0, 2560, 1440)时， x, y 的取值范围就为(0.5, 0.5, 2559.5, 1439.5)；z坐标为当前片元的深度信息，由顶点坐标系处理过后系统插值得到，第4个分量为 1/w

用这个可以实现很多好玩的东西，例如修改之前的天空盒着色器如下：

#version 330 core
in vec3 texIn;
out vec4 color;
uniform samplerCube skybox;
void main()
{if(gl_FragCoord.x < 400)color = vec4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);elsecolor = texture(skybox, texIn);
}

通过gl_FragCoord，就可以实现类似于分屏的效果，着色器可以给出2个完全不同的效果，一个显示在左半部分，一个显示在右半部分

gl_FrontFacing：

在《OpenGL基础32：面剔除》这一章中，知道了OpenGL如何根据顶点绘制顺序判断一个面是正面还是背面，并在开启面剔除后直接背面直接不进行绘制，而gl_FrontFacing变量正能告诉我们当前片段是某个正面的一部分还是背面的一部分

有了这个之后，就可以对于一个面的正反两面，分别使用不同的纹理或者展现不同的效果

当然了，不要开启面剔除，不然就毫无意义

gl_FragDepth：

上面的gl_FragCoord是只读的，不能修改它的值，而如果你想修改深度值，那么也是OK的，GLSL提供了一个叫做gl_FragDepth的变量，可以用它在着色器中设置像素的深度值

不过一旦设置了gl_FragDepth，OpenGL就会关闭所有的前置深度测试，因为OpenGL并不会知道你会设成什么值

深度测试是在片段着色器已经模板测试执行之后，但是现在大部分的GPU都提供一个叫做提前深度测试(Early Depth Testing)的硬件特性，提前深度测试允许深度测试在片段着色器之前运行，只要清楚一个片段永远不会是可见的（它在其他物体之后），就能提前丢弃这个片段，是一个很不错的优化手段

这样的话，设置gl_FragDepth就会影响OpenGL的性能

一环扣一环，如果我们能保证设置的深度值一定比gl_FragCoord.z更大或者更小，那么其实OpenGL就可以不用关闭前置深度测试因为不影响结果，因此，在OpenGL4.x版本后，它允许我们做个承诺，以保证我们设置的gl_FragDepth值满足一定条件

layout (depth_<condition>) out float gl_FragDepth：condition可以为以下4种之一

any：默认值，前置深度测试会被关闭
greater：深度值只会比gl_FragCoord.z大
less：深度值只会比gl_FragCoord.z小
unchanged：

如果发现不能用，说明openGL的版本可能比较低

三、接口块

着色器之间传数据通过 in 和 out 关键字，只需要在当前着色器中声明一个输出，在下一个着色器中声明一个同类型同名字的输入就可以，当然，也可以将一堆数据包在一个“块”里一起传过去，和结构体很像，在这里是接口块(Interface Blocks)：

修改之前的着色器，非常简单：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 1) in vec2 texture;
out VS_OUT
{vec2 texIn;
}param;
uniform mat4 model;             //模型矩阵
uniform mat4 view;              //观察矩阵
uniform mat4 projection;        //投影矩阵
void main()
{gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0);param.texIn = texture;
}///#version 330 core
out vec4 color;
in VS_OUT
{vec2 texIn;
}param;
uniform sampler2D texOut;
void main()
{vec4 texColor = texture(texOut, param.texIn);if(texColor.a < 0.1 || (texColor.r < 0.5 && texColor.g < 0.5 && texColor.b < 0.5))discard;color = texColor;
}

传递数据只需要块名一样，不需要实例名相同