OpenGL ES _ 入門_01
OpenGL ES _ 入門_02
OpenGL ES _ 入門_03
OpenGL ES _ 入門_04
OpenGL ES _ 入門_05
OpenGL ES _ 入門練習_01
OpenGL ES _ 入門練習_02
OpenGL ES _ 入門練習_03
OpenGL ES _ 入門練習_04
OpenGL ES _ 入門練習_05
OpenGL ES _ 入門練習_06
OpenGL ES _ 著色器 _ 介紹
OpenGL ES _ 著色器 _ 程序
OpenGL ES _ 著色器 _ 語法
OpenGL ES_著色器_紋理圖像
OpenGL ES_著色器_預處理
OpenGL ES_著色器_頂點著色器詳解
OpenGL ES_著色器_片斷著色器詳解
OpenGL ES_著色器_實戰01
OpenGL ES_著色器_實戰02
OpenGL ES_著色器_實戰03
學習那些內容
- 程序從什么地方執行
- 聲明變量
- 構造函數
- 聚合類型
- 如何訪問向量和矩陣中的元素
- 結構
- 數組
- 類型限定符
- uniform 塊
- 語句
- 函數
你不知道我在說什么，請從這里開始,以上就是我們今天要講的內容，(OpenGL Shading Language)加油！
內容詳細講解
-
程序的起點
著色器程序就像C 程序一樣，是從main() 函數開始的，每個GLSL 著色器函數都是從下面結構開始執行的void main(){ //code }
注釋也是使用// 或者“/”和"/"
- 變量
首先要說一點,GLES 是一種強類型的語言，強類型形語言有個特點，每個變量必須進行聲明，Swift 也是強類型語言，那為什么不用聲明變量呢，因為它可以進行類型推斷。GLES 有自己的變量類型，變量命名與c語言一樣，可以使用字母，_ 和數字，但變量名的第一個字符不能是數字。
|類型 |描述 |
| ---------------|
|Float | 浮點類型 |
|int |有符號整型 |
|uint | 無符號整型|
|bool |布爾型 |
變量的作用域，和c語言一樣，舉個例子
for(int i=0,i<10;++i){
// loop body
}
i 的作用域僅限于循環體內
變量的初始化
整型變量可以使用八進制，十進制，十六進制表示
浮點數必須包含一個小數點,并且可以向c語言中一樣后面加個F或者f，也可以使用科學計數法表示
布爾值為true或者face
int i,num =1500;
float time = 1.23f;
bool isRead = false;
不同類型的值不能進行隱式轉換，比如int i = 10.3 編譯器會報錯的，那如何處理，我們需要借助構造函數 比如 ：
float f = 10.1;
int t = int(f);
- 聚合類型
上面已經把基本類型講過了，GLSL 基本類型可以進行組合使用，這樣做的好處是能夠和OpenGL 的數據相匹配,簡化計算方法，GLSL 支持每種類基本型的二維，三維，四維的矢量運算，以及浮點類型的22，33，4*4 的浮點矩陣.
|基本類型|二維向量|三維向量|四維向量|矩陣類型|
|-----|
|float|vec2|vec3|vec4|mat2,mat3,mat4<p>mat2x2,mat2x3,mat4x4,</p><p>mat3x2,mat3x3,mat3x4,</p><p>mat4x2,mat4x3,mat4x4</p>|
|int|ivec2|ivec3|ivec4|...|
|uint|uvec2|uvec3|uvec4|...|
|bool|bvec2|bvec3|bvec4|...|
怎么初始化
vec3 g = vec3(0.0,-9.8,3.0)
類型轉換
ivec3 ig = ivec3(g)
使用向量構造函數，將向量進行截短
vec4 color;
vec3 RGB = vec3(color);
使用構造函數，將向量進行拉長
vec3 RGB;
vec4 RGBA = vec4(RGB,0.5);
矩陣的構建
初始化為對角矩陣
mat3 m = mat3(1.0)
初始化為完整矩陣
mat3 m = mat3(1.0,2.0,3.0,
4.0,5.0,6.0,
7.0,8.0,9.0,)
還可以這樣初始化
vec3 v1 = vec3(1.0,2.0,3.0)
vec3 v2 = vec3(1.0,2.0,3.0)
vec3 v3 = vec3(1.0,2.0,3.0)
mat3 m = mat3(v1,v2,v3)
你以為結束了嗎，還可以這樣初始化
vec2 col1 = vec2(1.0,2.0)
vec2 col2 = vec2(1.0,2.0)
vec2 col3 = vec2(1.0,2.0)
mat3 m = mat3(col1,1.0
col2,2.0,
col3,3.0)
接下來，講一下如何訪問向量和矩陣中的元素，大學中學過的，可能大家有些遺忘，那就帶大家回顧一下.
訪問向量
//可以通過名稱訪問向量
float red = color.r;
float v_y = velocity.y;
// 可以通過下標訪問
float red = color[0];
float v_y = velocity[1];
//向量的另外一種訪問方式，叫做攪拌式成分訪問
vec3 lum = color.rrr;
/// 移動向量的成分
vec4 color = color.abgr;
/// 唯一的限制是，一組向量只能使用一組成分，下面這樣是錯誤的
vec4 color = color.rgza;
/// 如果訪問超過范圍也會報錯
vec2 pos;
float z = pos.z;
訪問矩陣
mat4 m = mat4(3.0);
vec4 zvec = mat4[2];
float yScale = m[1][1];
|成分訪問名稱|描述|
|---|
|(x,y,z,w)|位置相關|
|(r,g,b,a)|顏色相關|
|(s,t,p,q)|紋理坐標相關|
結構體
為甚要用結構體，結構體能將不同類型的數據從邏輯上結合在一起，結構體可以方便的把一組相關的數據傳遞給函數
struct Sun{
float r;
vec3 position;
vec3 velour;
}
數組
GLSL 還支持數組類型，和c語言一樣，很簡單,寫個例子大家看一下
// 聲明
float off[3];
float[3] coffe;
int indices[];
// 初始化
float coif[3] = float[3](1.0,1.0,1.0);
// GLES 數組提供了一個隱士的方法length() 獲取數組長度
int length = coif.length()
類型限定符
頂點著色器的輸入變量用關鍵字attribute 來限定
片段著色器的輸入變量用關鍵字varying 來限定
注意在GLSL 1.4 中attribute 和varying都被刪除，使用通用的 in，out 表示輸入和輸出
請看表
|類型限定符|描述|
|---|
|const|把變量標記為只讀的編譯器常量|
|in|指定變量量為著色器階段的一個輸入|
|out|指定變量為著色器的階段的一個輸出|
|uniform|指定這個值應從應用程序傳給著色器，并在一個特定的圖元中保持常量|
重點講解一下關鍵字in的使用
in 用來限定著色器的輸入，可能是頂點著色器或者片段著色器，片段著色器可以近一步進行限定
|in關鍵字限定符|說明|
|---|
|centroid|打開多采樣，強制一個片段輸入變量采樣位于圖元像素覆蓋區域|
|smooth|以透視校正的方式插值片段輸入變量|
|flat|不對片段輸入差值|
|noperspective|線性差值片段變量|
out 類型限定符
用來限定著色器階段的輸出，頂點著色器可以使用centroid關鍵字限定輸出，該關鍵字在片段著色器中也必須使用centroid 來限定一個輸入(也就是說片段著色器中必須有一個和頂點著色器相同聲明的變量)
uniform 類型限定符
uniform 限定了表示一個變量的值將有應用程序在著色器執行之前指定，并且在圖元處理過程中不會發生變化，uniform 變量是有頂點著色器和片段著色器共享的，他們必須聲明為全局變量
怎么使用呢？思考這樣一個問題:創建一個著色器給圖元使用這個指定的顏色著色.可以這樣聲明
uniform vec4 BaseColor;
思考: 在著色器內部可以通過名字來引用它，但是在程序中，我們應該如何設置它的值呢?
答：當GLSL 編譯器連接到著色器程序中后，他會創建一個表格，其中包含了所有uniform 變量。為了在應用程序中設置BaseColor 的值，需要獲取BaseColor 在表中的連接。這個是通過下面的函數獲取的.
Glint glGetUniformLocation(GLuint program,const char *name)
參數 1：program 程序的標識
參數2 ：name 著色器變量值得名稱 如:"BaseColor" ，對于變量是數組的情況，可以直接指定數組名(array)，也可以指定第一個元素的索引(array[0])
問:現在我們已經獲取到了這個變量的值了，那怎么使用設置它的值呢?
答:可以使用下面的函數去設置它的值:
void glUniform*()
void glUniformMatrix*()
上面不是兩個函數，是兩類函數如 glUniform1f()
time = glGetUniformLocation(program,"time ");// 獲取
glUniform(timeLoc,timeValue)；// 設定值
uniform 塊
問:為什么要引用uniform 塊，它能解決什么問題?
答:大家有沒有想過，當著色器程序復雜的時候，我們如何管理不同著色器程序和uniform 變量之間的關系，在連接著色器的時候，調用glLink的時候，產生uniform 位置，索引可能會發生變化，即便uniform變量的值是相同的，統一緩沖區對象提供了一種方法，既優化uniform變量的訪問，又可以使用跨著著色器共享uniform值.
先看一段代碼
uniform Matrices {
mat4 ModelView
mat4 ProjectView
mat4 color
}
這個就是uniform 塊的聲明，這個uniform 變量集合可以使用glMapBuffer() 這樣的程序進行訪問.
除了采樣器，所有的類型，都允許放在一個uniform 塊中，注意 ，uniform 塊必須聲明為全局域.
uniform 塊布局
|布局限定符|說明|
|---|
|shared|指定uniform塊在多個程序之間共享|
|packed|布局uniform塊以使其使用的內存最小化，然而，這通常不允許塊程序共享|
|std140|為uniform塊使用OpenGL 規范描述默認布局|
|row_major|使的uniform快中的矩陣按照行主序的方式存儲|
|column_major|指定矩陣應該按照主序的方式存儲|
怎么使用，看下面代碼
layout(shared,row_major) uniform{...} // 指定單一的uniform 塊
layout(packed,column_major) uniform;// 括號中的多個限定選項必須用逗號隔開，要影響到所有后續uniform塊的布局，這樣指定所有uniform塊都講使用該布局，知道全局布局修改，或者自己包含一個布局，覆蓋對全局的聲明指定。
問: 怎么對uniform塊進行訪問呢?
第一步.獲取uniform塊索引
GLuint gLGetUniformBlockIndex(GLuint program,const char* uniformBlockName)
返回和program相關的uniformBlockName 所指定的具名uniform 的索引，如果uniformBlockName 不是一個有效的uniform塊，則返回GL_INVALID_INDEX.
第二步. 初始化一個緩沖區
使用glBindBuffer() 把緩沖區對象綁定到一個GL_UNIFORM_BUFFER 目標
第三步 . 確定著色器這個uniform塊需要多大的空間
使用glGetActiveUniformBlockiv()來請求GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE ,它返回了編譯器生成的塊的大小。
第四步。綁定
void glBindBufferRange(GLenum target,GLunit index,GLuint buffer,GLintptr offset,GLsizeiptr size);
void glBindBufferBase(GLenum target,GLuint index,GLuint buffer)
上面兩個函數的作用，是講緩沖區對象buffer 和 index 相關的uniform塊關聯起來，
參數1: target 可以是GL_UNIFORM_BUFFER 或者GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER(用于變換反饋)
參數2：index 是和uniform相關的索引
參數3: buffer 緩沖區標識
參數4: offset 起始索引
參數5: size 大小
使用glBindBufferBase() 等同于使用offset等于0和size等于緩沖區對象的大小來調用glBindBufferRange()
調用這些函數有可能出現哪些bug:
size 小與0
offset+size 大于緩沖區大小
offset 或者size不是4的倍數
index 小與0
如果一個uniform和緩沖區對象建立的關系，可以使用影響緩沖區值得任何命令來初始化或者修改該塊中的值。
思考: 如果多個著色器要共享一個uniform塊，如何實現?
可以把一個指定名稱的uniform塊綁定到一個緩沖區對象，它避免了為每個程序分配一個不同的塊索引。如何實現這種方式呢?在使用glLinkProgram() 之前，調用 glUniformBlockBinding()
Glint gUniformBlockBinding(GLuint program,GLuint uniformBlockIndex,GLuint uniformBlockBinding)
參數1: program 程序標識
參數2：uniformBlockIndex 程序塊的索引
參數3：共享緩沖區的標識
思考:uniform 變量在一個uniform塊中的布局，是由指定的布局限定符來控制的，而這是在編譯和連接uniform塊的時候進行的，如果使用默認的布局指定，需要確定uniform塊中的每個變量的offset和數據存儲size。為了做到這一點，我們將下面兩個函數:
第一步:獲取一個特定的uniform塊的標識
void glGetUniformIndices(GLuint program,GLsizei uniformCount,const char **uniformName,GLuint *uniformIndices)
第二步. 調用glGetActiveUniformsiv()獲取這個特定索引的offset和size
注意點
GLSL 并不能保證不同的著色器使用相同的計算產生相同的效果，這是因為，指令順序累積的差別，編譯后的指定順序可能會差生微小的差別。
問題來了: 如果想要在每道著色器渲染時計算的位置完全相同，不然其出現這種微小的錯誤，怎么辦呢?
答 :送你一個關鍵字 invariant ,強制不變型
invariant gl_position;
invariant centroid varying vec3 Color;
caring這個關鍵字，之前講過，用于把頂點著色器的數據傳給片段著色器,不變性變量，必須在頂點和片段著色器中都聲明為invariant 。注意,可以在著色器中使用變量之前的任何使用對他應用的invariant關鍵字，并可以用他修改以前的變量。
小技巧:
在調試的時候，使用 #program STDGL inveriant(all) 就可以對所有varing 變量 加上不變形限制。可能性能會受點影響.因為保證不變性通常會進制GLSL 編譯器所執行的那些優化。
語句
著色器真正工作是通過對值進行計算以及做出決策來完成的。CLSL 提供了一組簡單操作符，便于創建更重算數操作來計算各種值。廢話不多少，直接上表
|GLSL的操作符以及它們的優先級||||
|---|
|1|()|-|對操作進行聚組|
|2|[]|數組|數組下標|
|3|f()|函數|函數調用和構造器|
|4|.|結構|結構字段或方法訪問|
|5|++ --|int、float、vec、mat*|后綴的自增或自減|
|6|++ --|int、float、vec、mat*|前綴的自增或自減|
|7|+ - !|int、float、vec、mat*|正、負、求反|
|8| /|int、float、vec、mat*|乘除操作|
|9|+ -|int、float、vec、mat*|加減操作|
|10|<> <= >=|int、float、vec、mat*|關系操作|
|11|== !=|int、float、vec、mat*|相等測試做操|
|12|&&|bool|邏輯與操作|
|13|^^|bool|邏輯異或操作|
|14|II|bool|邏輯或操作|
|15|a?b:c|bool、int、float、vec*、mat*、int、float、vec*、mat*|條件操作|
|16|=|int、float、vec*,mat*|賦值|
|17|+= -= *=/=|int、float、vec*,mat*|算數賦值|
|18|,|-|操作序列|
邏輯操作\循環結構 和 c語言一樣，在這里就不過多說明.
- 流控制語句
|語句|描述|
|---|
|break| 終止循環塊的執行，并接著執行循環塊后的代碼|
|continue|終止當前那次循環，然后繼續執行下一次循環|
|return|從當前自程序返回，可以同時返回一個值|
|discard|丟棄當前的片段并且終止著色器執行。discard只能用在片段著色器|
函數
函數允許使用一個函數調用代替一段經常出現的代碼
float HornerEvalPolynormial(float coiff[10],float x)；
函數和C 語言幾乎一樣，唯一的不同就是變量訪問的限定符,接下來你可能會問有哪些限定符不一樣，請看下面的這張表
|訪問限定符|描述|
|in|值賦值到函數中|
|const in|只讀的值|
|out|從函數中復制出來的值(在傳遞給函數前未初始化)|
|inout|值賦值到函數中，并從函數中賦值出來|
總結
著色器基本的語法，已經說得查不多了。接下來,我們要開始進階了,請大家持續關注!
