OpenGL着色器语言

初识OpenGL着色器语言

未完待续：

1、着色器架构

OpenGL着色器语言（GLSL）由OpenGL实现链接和编译，完全在图形硬件中运行。

至少需要两个着色器

顶点着色器
片段着色器。
还有一种可选的着色器称为几何着色器。

我们可以在3中方式中选择一种向顶点着色器传递数据：

参数，是对每个顶点而言的。
统一值，是针对整个顶点数据批次的常量。
加载和使用纹理数据。

可以为片段着色器设置统一值和纹理数据。

注意：将顶点属性发送到片段着色器毫无意义，因为片段着色器只是用来在土元进行光栅化后对片段进行填充（最基本的是像素）。

着色器程序的从入口点main函数开始。

2、变量和数据类型

数据类型：

整数（有符号和无符号）
浮点数（单精度）
布尔值

没有指针，且没意任何类型的字符串和字符。但函数可以还回这些类型的一种，也可以声明为void。

向量类型：

向量数据类型	描述
vec2,vec3,vec4	2分量，3分量，4分量浮点向量
ivec2,ivec3,ivec4	2分量，3分量，4分量整数向量
uvec2,uvec3,uvec4	2分量，3分量，4分量无符号整数向量
bvec2,bvec3,bvec4	2分量，3分量，4分量布尔向量

我们可以使用一个“构造函数初始化一个向量。
例如：

vec4 vVertexPos = vec4(39.0f, 10.0f, 0.0f, 1.0f);

有关向量的操作：

vVertexPos = vOldPos + vOffset;  //两个向量相加
vVertexPos = vNewPos;   //赋值
vVertexPos = vec4(1.0f, 1.0f, 0.1f, 0.0f);
vVertexPos *= 5.0f;   //进行缩放

可以对独立元素进行寻址：
1.典型情况下：

vVertexPos.x = 3.0f;
vVertexPos.xy = vec2(3.0f, 5.0f);
vVertexPos.xyz = vNewPos.xyz;

2.进行颜色操作时使用rgba：
vOutputColor.r = 1.0f;
3.进行纹理操作时用stpq。

4.向量类型还支持调换操作：
如：

vNewColor.bgra = vOtherVertex.x + 5.0f;

向量类型不只是着色器的本地数据类型，也是硬件的数据类型，速度很快。

矩阵类型：
所以的矩阵只支持浮点数。

矩阵类型	描述
mat2,mat2x2	两行两列
mat3,mat3x3	三行三列
mat4,mat4x4	四行四列
mat2x3	两行三列
mat2x4	两行四列
mat3x2	三行两列
mat3x4	三行四列
mat4x2	四行两列
mat4x3	四行三列

一个矩阵就是一个向量组成的数组—-列向量
矩阵的相关操作：

mModelView[3] = vec4(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);   /*设置矩阵的最后一列*/vec4 vTranslation = mModelView[3];  /*恢复一个矩阵的最后一列*/
vec4 vTranslation = mModelView[3].xyz;      /**/vec4 vVertex;
mat4 mvpMatrix;
vOutPos = mvpMatrix * vVertex;  //矩阵乘以向量mat4 vTransform = mat4(1.0f);  //构造一个单位矩阵

3、存储限定符

——限定符用于将变量标记为输入变量（in或uniform）、输出变量（out）或常量。

输入变量：接受来自OpenGL客户端（通过C/C++提交的属性）或者以前的着色器阶段（例如从顶点着色器传递到片段着色器）。
输出变量：指在任何着色器阶段进行写入的变量，我们希望在后续的着色器阶段能看到这些变量。如，从顶点着色器传递到片段着色器。

限定符	描述
const	一个编译时的常量
in	一个从以前的阶段传递过来的变量
in centroid	一个从以前的阶段传递过来的变量，使用质心插值
out	传递到下一个处理阶段或者在一个函数中指定一个还回值
out centroid	传递到下一个处理阶段，使用质心插值
uniform	一个从客户端传递过来的变量，在顶点之间不做改变
inout	一个读/写变量，只能用于局部函数参数
< none>	只是普通的本地变量，外部不可见，外部不可访问

补充：
1. inout只能在一个函数中声明一个参数时使用。这是将一个值传递到一个函数并且允许这个函数修改并还回同一变量值得唯一方法。
2. 在但采样缓存区中，插值操作总是从像素中心开始的，限定符controid只对一个多重采样缓存区起作用。
3. 默认情况下，参数将在两个着色器阶段之间以一种透视正确的方法进行插补。noperspective关键字来指定一个非透视插值，flat关键词不进行插值，smooth是以一种透视正确的方法进行插补。

4、真正的着色器

GLShanderManager类有个单位存储着色器。—–这种着色器不会对集合图像进行转换，而是使用单一的颜色来绘制图元。

ShadedIdentity顶点程序：

#version 330     //指定着色器要求的OpneGL着色语言的最低版本为3.3//属性声明
in vec4 vVertex;   //顶点位置属性
in vec4 vColor;     //顶点颜色属性
out vec4 vVaryingColor;     /*传递到片段着色器的颜色值，这个变量将成为要传递到片段着色器的顶点的颜色值，逐个着变量必须为片段着色器声明一个in变量*/void main(void)
{   vVaryingColor = vColor;    // 简单复制颜色值gl_Postion = vVertex;      //简单传递顶点位置
}

ShadedIdentity着色器片段程序：

#version 330
out vec4 vFragColor;    //将要进行光栅化的片段颜色
in vec4 vFrayingColor;  //从顶点阶段得到的颜色
void main(void)
{vFragColor = vVaryingColor;  //对片段进行颜色插值
}

属性声明：是由C/C++客户端OpenGL代码逐个顶点进行指定的，每个顶点程序中最多可以有16个属性。另外，标记为in的变量是只读的。
顶点动作：主函数main中的内容，gl_Position是一个预定义的内建4个分量向量，它包含顶点着色器要求的一个输出。输入gl_Position的值是集合图形阶段用来装配图元的。
片段三角形：在渲染一个图元时，一旦3个顶点有顶点程序进行处理，那么他们将组成一个三角形，这个三角形将由硬件进行光栅化。如果片段程序只有一个输出，那么它在内部将被分配为“输出0”。这个片段着色器的一个输出，并将传递到有glDrawBuffers设置的缓存区目标。

5、编译、绑定和链接

顶点着色器的后缀名.vp。
片段着色器的后缀名.fp。

gltLoadShaderPairWithAttributes函数

/////////////////////////////////////////////////
//加载一对着色器，进行编译并链接到一起
//为每个着色器指定完整的源文本
//在着色器名之后，指定参数数量，然后指定索引和每个参数的参数名GLuint gltLoadShaderPairWithAttributes(const char     *szVertexProg, const char *szFragmentProg, ......)
{//临时着色器对象GLuint hVertexShader;GLuint hFragmentShader;GLuint hReturn = 0;GLint testVal;//创建着色器对象hVertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);hFragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);//加载他们，如果失败则进行清除并还回null//顶点程序if(gltLoadShaderFile(szVertexProg, hVertexShader) == false){glDeleteShader(hVertexShader);glDeleteShader(hFragmentShader);cout << "The shader at "<< szVertexProg<< "could not be found.\n";return (GLuint)NULL;}//片段程序if(gltLoadShaderFile(szFragmentProg, hVFragmentShader) == false){glDeleteShader(hVertexShader);glDeleteShader(hFragmentShader);cout << "The shader at "<< szFragmentProg<< "could not be found.\n";return (GLuint)NULL;}//对两者进行编译glCompileShader(hVertexShader);glCompileShader(hFragmentShader);//在顶点着色器检查错误glGetShaderiv(hVertexShader, GL_COMPILE_SHADER,    &testVal);if(testVal == GL_FLASE){char infoLog[1024];glGetShaderInfoLog(hVertexShader, 1024, NULL, infoLog);cout<<"The shader at"<<szVertexProg<<" failed to compile with the following error:\n"<< infoLog << "\n";glDeleteShader(hVertexShader);glDeleteShader(hFragmentShader);return (GLuint)NULL;}//在片段着色器检查错误glGetShaderiv(hFragmentShader, GL_COMPILE_SHADER,    &testVal);if(testVal == GL_FLASE){char infoLog[1024];glGetShaderInfoLog(hFragmentShader, 1024, NULL, infoLog);cout<<"The shader at"<<szFragmentProg<<" failed to compile with the following error:\n"<< infoLog << "\n";glDeleteShader(hVertexShader);glDeleteShader(hFragmentShader);return (GLuint)NULL;}//创建最终的程序对象，并链接着色器hReturn = glCreateProgram();glAttrachShader(hReturn,hVertexShader);glAttrachShader(hReturn,hFragmentShader);//现在需要将参数名绑定到他们指定的参数位置列表上va_list attributeList;va_start(attributeList, szFragmentShader);//重复迭代这个参数列表；char *szNextArg;int iArgCount = va_arg(attributeList, int); //参数数量for(int i = 0; i < iArgCount; i++){int index = va_arg(attributeList, int);szNextArg = va_arg(attributeList, char*);glBindAttribLocation(hReturn, index, szNextArg);}va_end(attributeList);//尝试连接glLinkProgram(hReturn);//这些不在需要了glDeleteShader(hVertexShader);glDeleteShader(hFragmentShader);//确认连接也有效glGetProgramiv(hReturn, GL_LINK_STATUS, &testVal);if(testVal == GL_FLASE){char infoLog[1024];glGetProgramInfoLog(hReturn, 1024, NULL, infoLog);cout<<"The program "<<hReturn<<" failed to link with the following error:\n"<< infoLog<< "\n";glDeleteProgram(hReturn);return (GLuint)NULL;}return hReturn;
}

加载一个着色器所以必须元素：

指定属性：例如，
hShader = gltLoadShaderPairWithAttributes("vertexProg.vp", fragmentProg.fp, 2, 0, "vVertexPos", 1, "vNormal");
用来绑定一个带有顶点位置和表面法线属性的着色器。
GLTools类GLBatch和GLTriangleBatch使用一系列一直的属性位置，
typedef enum GLT_SHADER_ATTRIBUTE{GLUT_ATTRIBUTE_VERTEX = 0, GLUT_ATTRIBUTE_COLOR, GLUT_ATTRIBUTE_NORNAL, GLUT_ATTRIBUTE_TEXTURE0, GLUT_ATTRIBUTE_TEXTURE1, GLUT_ATTRIBUTE_TEXTURE2, GLUT_ATTRIBUTE_TEXTURE3, GLUT_ATTRIBUTE_LAST };
使用这些属性位置标识符，我们就可以开始和GLShaderManager类中支持的存储着色器一起使用自己的着色器了。
设置源代码：
首要任务是创建两个着色器对象，分别对应顶点着色器和片段着色器。

hVertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
hFragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);

然后，可以使用者两个着色器ID来加载着色器源代码。

GLchar *fsStringPtr[1]; fsStringPtr[0] = (GLchar *)szShaderSrc; glShaderSource(shader, 1, (const GLchar **)fsStringPtr, NULL);

编译着色器
进行连接和绑定
连接着色器

6、使用着色器

glUseProgram(myShaderProgram);将着色器设置成活动的，这样在顶点和片段着色器会处理所以提交的几何图形。在提交顶点属性之前，要对Uniform值和纹理进行设置。

着色器统一值

1、寻址统一值

在着色器编译和链接后，我们必须在着色器中寻找统一值位置。

GLint glGetUniformLocation(GLuint shaderID, const GLchar * varName);

代表在shaderID指定的着色器中由valName命名的变量的位置。

void glUniform1f(GLint location, GLfloat v0);
void glUniform2f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1);...
void glUniform4i(GLint Location, GLint v0, GLint v1, GLint v2, GLint v3);

例如：
uniform float fTime; uniform int iIndex; uniform vec4 vColorValue; uniform bool bSomeFlag; //为了在着色器中寻找并这些值，代码如下： GLint locTime, locIndex， locColor, locFlag; locTime = glGetUniformLocation(myShader, "fTime"); locIndex = glGetUniformLocation(myShader, "iIndex"); locColor = glGetUniformLocation(myShader, "vColorValue"); locFlag = glGetUniformLocation(myShader, "bSomeFlag"); ...... ...... glUseProgram(myShader); glUniform1f( locTime, 45.2f); glUniform1i(locIndex, 42); glUniform4f(locColor, 1.0f, 0.0f, 0.0f , 1.0f);