OpenGL ES GLSL

2023-01-03 本文已影响0人 iOS小洁

GLSL语言

xcode中不支持GLSL语言对顶点/片元着色器的编译和连接，因此需要在项目中创建两个空文件，分别命名为shader.vsh和shaderv.fsh

使用vsh、fsh后缀的原因是方便区分着色器，其本质就是一个字符串
是否可以直接使用NSString？并不建议这样做，因为代码结构不清晰，不易读
这两个文件中是否可以加中文注释？不建议加中文注释，会报奇怪的错误，由于在xcode中书写GLSL，完全是纯手写，没有任何提示，排查问题不好排查

向量数据类型

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分量整型向量
uvec2,uvec3,uvec4	2分量、3分量、4分量无符号整型向量
bvec2,bvec3,bvec4	2分量、3分量、4分量bool型向量

常用的是vec2、vec3、vec4，默认是浮点类型

矩阵数据类型

类型（mat列×行）	描述
mat2,mat2x2	两⾏两列
mat3,mat3x3	三行三列
mat4,mat4x4	四行四列
mat2x3	三行两列
mat2x4	四行两列
mat3x2	两行三列
mat3x4	四行三列
mat4x2	两行四列
mat4x3	三行四列

常用的是vec2、vec3、vec4，默认是浮点类型

变量存储限定符

限定符	描述
<none>	只是普通的本地变量，外部不见，外部不可访问
const	⼀个编译常量，或者说是⼀个对函数来说为只读的参数
in/varying	从以前阶段传递过来的变量
in/varying centroid	⼀个从以前的阶段传递过来的变量，使⽤质⼼插值
out/attribute	传递到下⼀个处理阶段或者在⼀个函数中指定⼀个返回值
out/attribute centroid	传递到下⼀个处理阶段，质心插值
uniform	⼀个从客户端代码传递过来的变量，在顶点之间不做改变

常用varying、attribute、uniform

varying 修饰符：当需要将顶点着色器的数据传递到片元着色器时，两个着色器中一模一样的纹理坐标变量就需要它来修饰
attribute：数据只能从客户端中传递到顶点着色器，且只能在顶点着色器中使用
- 修饰的数据：顶点、纹理、颜色、法线等
- API通常以glVertex...开头，例如glVertexAttribPointer
- 其中的纹理坐标，需要顶点着色器间接传递到片元着色器，需要在顶点与片元着色器中定义一个一模一样的纹理坐标，通过这个变量将纹理坐标数据间接传递到片元着色器，varying lowp vec2 varyTextCoord;
- 顶点着色器计算之后的顶点结果需要赋值给GLSL的内建变量gl_Position

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main()
{
    varyTextCoord = textCoordinate;
    gl_Position = position;
}

uniform：从app代码传递到vertex、fragment中所用的变量
- 在vertex，fragment中一般将uniform当成常量
- uniform可以传的数据：视图矩阵、投影矩阵、投影视图矩阵
- API通常以glUniform...开头
- 片元着色器中最终颜色，即拿到纹理对应坐标下的纹素。纹素是纹理对应像素点的颜色值，需要通过内建函数texture2D(纹理，纹理坐标)计算，将最终返回的颜色值赋值给内建变量gl_FragColor

//需要定义精度，否则可能会报错
precsion highp float;
//纹理坐标 必须与顶点着色器中一模一样,通过这个参数获取传递过来的值
varying lowp vec2 varyTextCoord;
//纹理 
uniform sampler2D colorMap;   

void main(){
    //1、拿到纹理对应坐标下的纹素。纹素是纹理对应像素点的颜色值
    lowp vec4 temp = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
    
    //2、非常重要且必须的内建变量：gl_FragColor
    gl_FragColor = temp；
}

着色器与程序的编译与链接

需要创建2个基本对象才能使用着色器进行传染：着色器对象和程序对象

获取链接后着色器对象一般的编译&链接分为6步：

创建一个顶点着色器对象和一个片元着色器对象
将源代码链接到每个着色器对象
编译着色器对象
创建一个程序对象
将编译后的着色器对象连接到程序对象
链接程序对象

常用API

自定义着色器

自定义着色器一般有以下步骤：

创建顶点着色器/片元着色器 --glCreateShader
指定shader的source --glShaderSource
编译shader --glCompileShader

创建与编译一个着色器

GLuint glCreateShader(GLenum type);
// type — 创建着色器的类型,GL_VERTEX_SHADER 或者GL_FRAGMENT_SHADER
// 返回值 — 是指向新着⾊器对象的句柄.可以调用glDeleteShader 删除 

void glDeleteShader(GLuint shader);
// shader — 要删除的着⾊器对象句柄

void glShaderSource(GLuint shader , GLSizei count ,const GLChar * const *string, const GLint *length);
// shader — 指向着⾊器对象的句柄
// count — 着⾊器源字符串的数量,着⾊器可以由多个源字符串组成,但是每个着⾊器只有⼀个main函数 
// string — 指向保存数量的count 的着⾊器源字符串的数组指针
// length — 指向保存每个着⾊器字符串大小且元素数量为count 的整数组指针

void glCompileShader(GLuint shader); 
// shader — 需要编译的着⾊器对象句柄

void glGetShaderiv(GLuint shader , GLenum pname , GLint *params );
// shader — 需要编译的着⾊器对象句柄
// pname — 获取的信息参数,可以为 GL_COMPILE_STATUS/GL_DELETE_STATUS/ GL_INFO_LOG_LENGTH/GL_SHADER_SOURCE_LENGTH/ GL_SHADER_TYPE
// params — 指向查询结果的整数存储位置的指针.

void glGetShaderInfolog(GLuint shader , GLSizei maxLength, GLSizei *length , GLChar *infoLog);
// shader — 需要获取信息⽇志的着⾊器对象句柄
// maxLength — 保存信息日志的缓存区⼤小
// length — 写⼊的信息日志的⻓度(减去null 终⽌符); 如果不需要知道长度. 这个参数可以为Null 
// infoLog — 指向保存信息日志的字符缓存区的指针.

自定义程序

自定义程序一般有以下步骤：

创建一个程序对象 --glCreateProgram
着色器与程序连接/附着 --glAttachShader
链接程序 --glLinkProgram
使用程序 --glUseProgram

创建与链接程序API

// 创建⼀个程序对象
GLUint glCreateProgram( )
// 返回值: 返回⼀个执行新程序对象的句句柄

void glDeleteProgram( GLuint program ) 
// program : 指向需要删除的程序对象句柄

// 着⾊器与程序连接/附着
void glAttachShader( GLuint program , GLuint shader );
// program : 指向程序对象的句柄
// shader : 指向程序连接的着⾊器对象的句柄

// 断开连接
void glDetachShader(GLuint program);
// program : 指向程序对象的句柄
// shader : 指向程序断开连接的着⾊器对象句柄

// 链接程序
glLinkProgram(GLuint program) 
// program: 指向程序对象句柄

// 检查链接是否成功
void glGetProgramiv (GLuint program,GLenum pname, GLint *params);
// program: 需要获取信息的程序对象句柄 
// pname : 获取信息的参数,可以是:
            GL_ACTIVE_ATTRIBUTES 
            GL_ACTIVE_ATTRIBUTES_MAX_LENGTH 
            GL_ACTIVE_UNIFORM_BLOCK 
            GL_ACTIVE_UNIFORM_BLOCK_MAX_LENGTH 
            GL_ACTIVE_UNIFROMS 
            GL_ACTIVE_UNIFORM_MAX_LENGTH 
            GL_ATTACHED_SHADERS 
            GL_DELETE_STATUS
            GL_INFO_LOG_LENGTH
            GL_LINK_STATUS 
            GL_PROGRAM_BINARY_RETRIEVABLE_HINT 
            GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER_MODE 
            GL_TRANSFORM_FEEDBACK_VARYINGS 
            GL_TRANSFORM_FEEDBACK_VARYING_MAX_LENGTH 
            GL_VALIDATE_STATUS
// params : 指向查询结果整数存储位置的指针

// 从程序信息日志中获取信息
void glGetPorgramInfoLog( GLuint program ,GLSizei maxLength, GLSizei *length , GLChar *infoLog )
// program : 指向需要获取信息的程序对象句柄
// maxLength : 存储信息⽇志的缓存区⼤小
// length : 写⼊的信息日志⻓度(减去null 终⽌止符),如果不需要知道长度,这个参数可以为Null. infoLog : 指向存储信息⽇志的字符缓存区的指针

// 使用程序
void glUseProgram(GLuint program) 
// program: 设置为活动程序的程序对象句柄.

基础语法

变量和数据类型

// 布尔型. true,false; 
bool bDone = false;

// 有符号整型数据
int iValue = 42;

//无符号整形
uint uiValue = 3929u;

//浮点型
float fValue = 3.14159f;

向量数据类型

//1. 向量声明--4分量的float 类型向量; 
vec4 V1;

//2. 生命向量并对其进行构造
vec4 V2 = vec4(1,2,3,4);

//3. 向量运算,加,赋值给另外一个向量，与标量相乘 
vec4 v;
vec4 vOldPos = vec4(1,2,3,4);
vec4 vOffset = vec4(1,2,3,4);

// 所有参与运算的变量需要对齐定义且赋值
v = vOldPos + vOffset;
v = vNewPos;
v += vec4(10,10,10,10);
v = vOldPos * vOffset;
v *= 5;

//4. 向量中元素的获取 可以通过x,y,z,w来获取向量中的元素值 
v1.x = 3.0f;
v1.xy = vec2(3.0f,4.0f);
v1.xyz = vec3(3,0f,4,0f,5.0f);

//5. 颜色控制.r,g,b,a
v1.r = 3.0f;
v1.rgba = vec4(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);

//6.纹理坐标stpq; 
v1.st = vec2(1.0f,0.0f);

//7.赋值混合不合法
v1.st = v2.xt; //不可以
v1.st = v2.xy; //可以, 但没有意义!

//8.向量支持调换(swizzle)操作. 2个或2个以上向量元素进行交换. 
v1.rgba = v2.bgra;
v2.bgra = v1.rgba;

//赋值操作 
v1.r = v2.b; 
v1.g = v2.g; 
v1.b = v2.r; 
v1.a = v2.a;

//9.向量还支持一次性对所有分量操作
v1.x = vOtherVerex.x +5.0f; 
v1.y = vOtherVerex.y +4.0f; 
v1.z = vOtherVerex.z +3.0f;

v1.xyz = vOtherVerex.xyz + vec3(5.0f,4.0f,3.0f);

矩阵

//1.创建矩阵
mat4 m1,m2,m3;
//2.构造单元矩阵
mat4 m2 = mat4(
            1.0f,0.0f,0.0f,0.0f
            0.0f,1.0f,0.0f,0.0f,
            0.0f,0.0f,1.0f,0.0f,
            0.0f,0.0f,0.0f,1.0f
                    );
mat4 m4 = mat4(1.0f);
mat4 m3 = mat4(
                    0.5,0.5,0.5,0.5,
            0.5,0.5,0.5,0.5,
            0.5,0.5,0.5,0.5,
            0.5,0.5,0.5,0.5,
                );
//2.
m1 = m2 * m3;

const

 const float zero = 0.0;

结构体

struct forStruct{
 vec4 color;
 float start;
 float end;
}fogVar;
fogVar = fogStruct(vec4(1.0,0.0,0.0,1.0),0.5,2.0);
vec4 color = fogVar.color;
float start = fogVar.start;

数组

float floatArray[4];
vec4 vecArray[2];
//注意
float a[4] = float[](1.0,2.0,3.0,4.0);
vec2 c[2] = vec2[2](vec2(1.0,2.0),vec2(3.0,4.0));

函数

定义函数给三个修饰符.
in: (默认), 传入函数中，函数不能对其进行修改
inout: 可以在函数中修改
out : 函数返回时，可以将其修改

vec4 myFunc(inout float myFloat, out vec4 m1, mat4 m2){
    
}

vec4 diffuse(vec3 normal ,vec3 light, vec4 baseColor) {
    return baseColor * dot(normal,light); 
}

// GLSL 函数中没有递归

控制语句

if(color.a < 0.25)
  {
      color *= color.a;
  }else
  {
      color = vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);
}
//循环只支持 while 循环 / do while / for
 openGL ES 开发中应尽量减少逻辑判断。降低循环迭代使用

OpenGL ES GLSL

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着色器与程序的编译与链接

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