在OpenGL ES中著色器分為頂點(diǎn)著色器和片元著色器。頂點(diǎn)著色器是針對每個(gè)頂點(diǎn)執(zhí)行一次，用于確定頂點(diǎn)的位置。片元著色器是針對每個(gè)片元，片元我們可以理解為每個(gè)像素，用于確定每個(gè)片元（像素）的顏色。
一、GLSL 簡介
GLSL又叫OpenGL著色語言（OpenGL Shading Language），是用來在OpenGL中著色編程的語言，是一種面向過程的語言，基本的語法和C/C++基本相同，他們是在圖形卡的GPU （Graphic Processor Unit圖形處理單元）上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線的一部分，使渲染管線中不同層次具有可編程性。比如：視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL（GL Shading Language）的著色器代碼分成2個(gè)部分：Vertex Shader（頂點(diǎn)著色器）和Fragment（片斷著色器）。
二、GLSL 基礎(chǔ)
GLSL 雖然很類似于C/C++，但是它和C/C++還是有很大的不同的，比如，沒有double，long等類型，沒有union、enum、unsigned以及位運(yùn)算等特性。
基本數(shù)據(jù)類型
GLSL中的數(shù)據(jù)類型主要分為標(biāo)量、向量、矩陣、采樣器、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組、空類型七種類型：
- 標(biāo)量
標(biāo)量表示的是只有大小沒有方向的量，在GLSL中標(biāo)量只有bool、int和float三種。對于int，和C一樣，可以寫為十進(jìn)制（16）、八進(jìn)制（020）或者十六進(jìn)制（0x10）。對于標(biāo)量的運(yùn)算，我們最需要注意的是精度，防止溢出問題。
- 向量
向量我們可以看做是數(shù)組，在GLSL通常用于儲(chǔ)存顏色、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，針對維數(shù)，可分為二維、三維和四位向量。針對存儲(chǔ)的標(biāo)量類型，可以分為bool、int和float。共有vec2、vec3、vec4，ivec2、ivec3、ivec4、bvec2、bvec3和bvec4九種類型，數(shù)組代表維數(shù)、i表示int類型、b表示bool類型。需要注意的是，GLSL中的向量表示豎向量，所以與矩陣相乘進(jìn)行變換時(shí)，矩陣在前，向量在后（與DirectX正好相反）。向量在GPU中由硬件支持運(yùn)算，比CPU快的多。
- 作為顏色向量時(shí)，用rgba表示分量，就如同取數(shù)組的中具體數(shù)據(jù)的索引值。三維顏色向量就用rgb表示分量。比如對于顏色向量vec4 color，color[0]和color.r都表示color向量的第一個(gè)值，也就是紅色的分量。其他相同。
- 作為位置向量時(shí)，用xyzw表示分量，xyz分別表示xyz坐標(biāo)，w表示向量的模。三維坐標(biāo)向量為xyz表示分量，二維向量為xy表示分量。
- 作為紋理向量時(shí)，用stpq表示分量，三維用stp表示分量，二維用st表示分量。
- 矩陣
在GLSL中矩陣擁有22、33、4*4三種類型的矩陣，分別用mat2、mat3、mat4表示。我們可以把矩陣看做是一個(gè)二維數(shù)組，也可以用二維數(shù)組下表的方式取里面具體位置的值。
4.采樣器
采樣器是專門用來對紋理進(jìn)行采樣工作的，在GLSL中一般來說，一個(gè)采樣器變量表示一副或者一套紋理貼圖。所謂的紋理貼圖可以理解為我們看到的物體上的皮膚。
5.結(jié)構(gòu)體
和C語言中的結(jié)構(gòu)體相同，用struct來定義結(jié)構(gòu)體，關(guān)于結(jié)構(gòu)體參考C語言中的結(jié)構(gòu)體。
6.數(shù)組
數(shù)組知識(shí)也和C中相同，不同的是數(shù)組聲明時(shí)可以不指定大小，但是建議在不必要的情況下，還是指定大小的好。
7.空類型
空類型用void表示，僅用來聲明不返回任何值得函數(shù)。
數(shù)據(jù)聲明示例：
float a=1.0;
int b=1;
bool c=true;
vec2 d=vec2(1.0,2.0);
vec3 e=vec3(1.0,2.0,3.0)
vec4 f=vec4(vec3,1.2);
vec4 g=vec4(0.2); //相當(dāng)于vec(0.2,0.2,0.2,0.2)
vec4 h=vec4(a,a,1.3,a);
mat2 i=mat2(0.1,0.5,1.2,2.4);
mat2 j=mat2(0.8); //相當(dāng)于mat2(0.8,0.8,0.8,0.8)
mat3 k=mat3(e,e,1.2,1.6,1.8);
運(yùn)算符
GLSL中的運(yùn)算符有（越靠前，運(yùn)算優(yōu)先級(jí)越高）：
- 索引：[]
- 前綴自加和自減：++，–
- 一元非和邏輯非：~，！
- 加法和減法：+，-
- 等于和不等于：==，！=
- 邏輯異或：^^
- 三元運(yùn)算符號(hào)，選擇：？:
- 成員選擇與混合：.
- 后綴自加和自減：++，–
- 乘法和除法：*，/
- 關(guān)系運(yùn)算符：>，<，=，>=，<=，<>
- 邏輯與：&&
- 邏輯或：||
- 賦值預(yù)算：=，+=，-=，*=，/=
類型轉(zhuǎn)換
GLSL的類型轉(zhuǎn)換與C不同。在GLSL中類型不可以自動(dòng)提升，比如float a=1;就是一種錯(cuò)誤的寫法，必須嚴(yán)格的寫成float a=1.0，也不可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，即float a=(float)1;也是錯(cuò)誤的寫法，但是可以用內(nèi)置函數(shù)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如float a=float(1);還有float a=float(true);（true為1.0，false為0.0）等，值得注意的是，低精度的int不能轉(zhuǎn)換為低精度的float。
限定符
GLSL中的限定符號(hào)主要有：
- attritude：一般用于各個(gè)頂點(diǎn)各不相同的量。如頂點(diǎn)顏色、坐標(biāo)等。
- uniform：一般用于對于3D物體中所有頂點(diǎn)都相同的量。比如光源位置，統(tǒng)一變換矩陣等。
- varying：表示易變量，一般用于頂點(diǎn)著色器傳遞到片元著色器的量。
- const：常量。
限定符與java限定符類似，放在變量類型之前，并且只能用于全局變量。在GLSL中，沒有默認(rèn)限定符一說。
流程控制
GLSL中的流程控制與C中基本相同，主要有：
- if(){}、if(){}else{}、if(){}else if(){}else{}
- while(){}和do{}while()
- for(;;){}
- break和continue
函數(shù)
GLSL中也可以定義函數(shù)，定義函數(shù)的方式也與C語言基本相同。函數(shù)的返回值可以是GLSL中的除了采樣器的任意類型。對于GLSL中函數(shù)的參數(shù)，可以用參數(shù)用途修飾符來進(jìn)行修飾，常用修飾符如下：
- in：輸入?yún)?shù)，無修飾符時(shí)默認(rèn)為此修飾符。
- out：輸出參數(shù)。
- inout：既可以作為輸入?yún)?shù)，又可以作為輸出參數(shù)。
浮點(diǎn)精度
與頂點(diǎn)著色器不同的是，在片元著色器中使用浮點(diǎn)型時(shí)，必須指定浮點(diǎn)類型的精度，否則編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)。精度有三種，分別為：
- lowp：低精度。8位。
- mediump：中精度。10位。
- highp：高精度。16位。
不僅僅是float可以制定精度，其他（除了bool相關(guān)）類型也同樣可以，但是int、采樣器類型并不一定要求指定精度。加精度的定義如下：
uniform lowp float a=1.0;
varying mediump vec4 c;
當(dāng)然，也可以在片元著色器中設(shè)置默認(rèn)精度，只需要在片元著色器最上面加上precision <精度> <類型>即可制定某種類型的默認(rèn)精度。其他情況相同的話，精度越高，畫質(zhì)越好，使用的資源也越多。
程序結(jié)構(gòu)
GLSL程序的結(jié)構(gòu)和C語言差不多，main()方法表示入口函數(shù)，可以在其上定義函數(shù)和變量，在main中可以引用這些變量和函數(shù)。定義在函數(shù)體以外的叫做全局變量，定義在函數(shù)體內(nèi)的叫做局部變量。與高級(jí)語言不通的是，變量和函數(shù)在使用前必須聲明，不能再使用的后面聲明變量或者函數(shù)。
GLSL 內(nèi)建變量
在著色器中我們一般都會(huì)聲明變量來在程序中使用，但是著色器中還有一些特殊的變量，不聲明也可以使用。這些變量叫做內(nèi)建變量。內(nèi)建變量，相當(dāng)于著色器硬件的輸入和輸出點(diǎn)，使用者利用這些輸入點(diǎn)輸入之后，就會(huì)看到屏幕上的輸出。通過輸出點(diǎn)可以知道輸出的某些數(shù)據(jù)內(nèi)容。當(dāng)然，實(shí)際上肯定不會(huì)這樣簡單，這么說只是為了幫助理解。在頂點(diǎn)著色器中的內(nèi)建變量和片元著色器的內(nèi)建變量是不相同的。著色器中的內(nèi)建變量有很多，在此，我們只列出最常用的集中內(nèi)建變量。
頂點(diǎn)著色器的內(nèi)建變量
輸入變量：
- gl_Position：頂點(diǎn)坐標(biāo)
- gl_PointSize：點(diǎn)的大小，沒有賦值則為默認(rèn)值1，通常設(shè)置繪圖為點(diǎn)繪制才有意義。
片元著色器的內(nèi)建變量
輸入變量:
- gl_FragCoord：當(dāng)前片元相對窗口位置所處的坐標(biāo)。
- gl_FragFacing：bool型，表示是否為屬于光柵化生成此片元的對應(yīng)圖元的正面。
輸出變量:
- gl_FragColor：當(dāng)前片元顏色
- gl_FragData：vec4類型的數(shù)組。向其寫入的信息，供渲染管線的后繼過程使用。
常用內(nèi)置函數(shù)
常見函數(shù)
- radians(x)：角度轉(zhuǎn)弧度
- degrees(x)：弧度轉(zhuǎn)角度
- sin(x)：正弦函數(shù)，傳入值為弧度。相同的還有cos余弦函數(shù)、tan正切函數(shù)、asin反正弦、acos反余弦、atan反正切
- pow(x,y)：xy
- exp(x)：
- exp2(x)：
- log(x)：
- log2(x)：
- sqrt(x)：
- inversesqr(x)：
- abs(x)：取x的絕對值
- sign(x)：x>0返回1.0，x<0返回-1.0，否則返回0.0
- ceil(x)：返回大于或者等于x的整數(shù)
- floor(x)：返回小于或者等于x的整數(shù)
- fract(x)：返回x-floor(x)的值
- mod(x,y)：取模（求余）
- min(x,y)：獲取xy中小的那個(gè)
- max(x,y)：獲取xy中大的那個(gè)
- mix(x,y,a)：返回x?(1?a)+y?a
- step(x,a)：x< a返回0.0，否則返回1.0
- smoothstep(x,y,a)：a < x返回0.0，a>y返回1.0，否則返回0.0-1.0之間平滑的Hermite插值。
- dFdx(p)：p在x方向上的偏導(dǎo)數(shù)
- dFdy(p)：p在y方向上的偏導(dǎo)數(shù)
- fwidth(p)：p在x和y方向上的偏導(dǎo)數(shù)的絕對值之和
幾何函數(shù)
- length(x)：計(jì)算向量x的長度
- distance(x,y)：返回向量xy之間的距離
- dot(x,y)：返回向量xy的點(diǎn)積
- cross(x,y)：返回向量xy的差積
- normalize(x)：返回與x向量方向相同，長度為1的向量
矩陣函數(shù)
- matrixCompMult(x,y)：將矩陣相乘
- lessThan(x,y)：返回向量xy的各個(gè)分量執(zhí)行x< y的結(jié)果，類似的有g(shù)reaterThan,equal,notEqual
- lessThanEqual(x,y)：返回向量xy的各個(gè)分量執(zhí)行x<= y的結(jié)果，類似的有類似的有g(shù)reaterThanEqual
- any(bvec x)：x有一個(gè)元素為true，則為true
- all(bvec x)：x所有元素為true，則返回true，否則返回false
- not(bvec x)：x所有分量執(zhí)行邏輯非運(yùn)算
紋理采樣函數(shù)
紋理采樣函數(shù)有texture2D、texture2DProj、texture2DLod、texture2DProjLod、textureCube、textureCubeLod及texture3D、texture3DProj、texture3DLod、texture3DProjLod等。
- texture表示紋理采樣，2D表示對2D紋理采樣，3D表示對3D紋理采樣
- Lod后綴，只適用于頂點(diǎn)著色器采樣
- Proj表示紋理坐標(biāo)st會(huì)除以q
紋理采樣函數(shù)中，3D在OpenGLES2.0并不是絕對支持。我們再次暫時(shí)不管3D紋理采樣函數(shù)。重點(diǎn)只對texture2D函數(shù)進(jìn)行說明。texture2D擁有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)表示紋理采樣器。第二個(gè)參數(shù)表示紋理坐標(biāo)，可以是二維、三維、或者四維。第三個(gè)參數(shù)加入后只能在片元著色器中調(diào)用，且只對采樣器為mipmap類型紋理時(shí)有效。
