OpenGL编程语言-glsl基础
前言
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最近在研究OpenGL 被各种陌生的名词虐成狗,所以记录下来一些学习知识点供学习和参考.
GLSL(OpenGL Shading Language) 是OpenGL的着色器语言,纯粹的和GPU打交道的计算机语言.可以理解为C的变种专门针对OpenGL编程,不支持指针等等一些C的特性等. (名词解释:着色器(Shader))
GPU是多线程并行处理器，GLSL直接面向单指令流多数据流(SIMD)模型的多线程计算。
GLSL编写的着色器函数是对每个数据同时执行的。
每个顶点都会由顶点着色器中的算法处理，每个像素也都会由 片段着色器(也有叫片元着色器)中的算法处理。
初学者在编写自己的着色器时，需要考虑到SIMD的并发特性，并用并行计算的思路来思考问题 这就是GLSL.
我们最常见的用法是在 顶点着色器里生成所需要的值，然后传给 片断着色器用.
日以逼真的材质 – 金属，岩石，木头，油漆等
日益逼真的光照效果 – 区域光和软阴影
非现实材质 – 美术效果，钢笔画，水墨画和对插画技术的模拟
针对纹理内存的新用途
更少的纹理访问
图形处理 – 选择，边缘钝化遮蔽和复杂混合
动画效果 – 关键帧插值，粒子系统
用户可编程的反走样方法
GLSL支持函数重载(就是父类定义方法,子类复写该方法叫重载)
GLSL不存在数据类型的自动提升(就是不支持类型自动向上转换 eg:float 转 double)，类型必须严格保持一致.
GLSL不支持指针，字符串，字符，它基本上是一种处理数字数据的语言
GLSL不支持联合(union)、枚举类型(enum)、结构体(stuct)位字段(>> or << 左右移)及按位运算符(| or &这种按位与)(就是干掉麻烦的C操作 让这个更单纯的处理图形数据使用)
GLSL有三种基本数据类型:
float
int
double
由float、int、double组成的array[]或者结构体
42// 十进制
042// 八进制
0x2A// 十六进制
注意:GLSL不支持指针,GLSL把向量和矩阵作为基本数据类型
向量(vector):有起始位置有方向的线段,也称作 矢量(不要被这些名词吓到,我记得这个向量是我高二的时候数学学的东西).
矢量可以和标量甚至矩阵做加减乘除(必须遵守一定规则才可以 否则报错)
vec2, vec3, vec4 //包含2/3/4个浮点数的矢量(浮点型)
ivec2, ivec3, ivec4 //包含2/3/4个整数的矢量(整形数 前边带i 代表integer)
bvec2, bvec3, bvec4 //包含2/3/4个布尔值的矢量(bool不用解释)
上边这些是一种GLSL的数据类型, 可以简单理解为 vec+数字 就代表 是一个数组里面放几个元素(应该都是 vec2~vec4之间,没见过 vec5以上和vec2以下,好像这就代表几维坐标系),默认元素是float浮点类型,前边带i代表integer整形,b代表bool.
vec3 v; //声明三维浮点型向量v
v[1] = 3.0; //给向量v的第二个元素赋值(数组从0开始,下标为1就是第二个元素)
//下面两种等价
vec3 v = vec3(0.6); //数组是连续的存储空间 相当于其它元素默认被这个0.6值填充
vec3 v = vec3(0.6,0.6,0.6);
注意: 除了用索引方式外,还能用选择运算符的方式来使用向量.择运算符是对于向量的各个元素（最多为4个）约定俗成的名称，用一个小写拉丁字母来表示。根据向量表示对象的意义不同，可以使用以下选择运算符:
表示顶点可以用 (x、y、z、w) (坐标系)
表示颜色可以用 (r、g、b、a) (颜色值带透明)
表示纹理坐标用 (s、t、p、q)
三种任选一种都一样,作用都是等效的. 也就是说，如果v是一个向量，那么:
v[0]
v.x
v.r
v.s
都指的是向量v的第一个元素。
例如:
//用构造函数的方式声明并初始化四维浮点型
vec4v1 =vec4(1.0,2.0,3.0,4.0);
vec4v2;
v2.xy=v1.yz;//将v1的第二个和第三个元素复制到v2的第一个和第二个元素
v2.z=2.0;//给v2的第三个元素赋值
v2.xy=v1.yx;//将v1的头两个元素互换，再复制到v2的头两个元素中
矩阵(matrix)以下类型都以mat开头
mat2 代表2x2的矩阵
mat3 代表3x3的矩阵
mat4 代表4x4的矩阵
注意:矩阵是按列顺序组织的，先列后行
如下代码:
mat4m;//声明四维浮点型方阵m
m[2][3]=2.0;//给方阵的第三列、第四行元素赋值
// 下面两种等价，初始化矩阵对角
mat2m =mat2(1.0)
mat2m =mat2(1.0,0.0,0.0,1.0);
纹理查找需要制定哪个纹理或者纹理单元将制定查找.
sampler1D// 访问一个一维纹理
sampler2D// 访问一个二维纹理
sampler3D// 访问一个三维纹理
samplerCube// 访问一个立方贴图纹理
sampler1DShadow// 访问一个带对比的一维深度纹理
sampler2DShadow// 访问一个带对比的二维深度纹理
uniformsampler2Dgrass;
vcc2 coord =vec2(100,100);
vec4color =texture2D(grass, coord);
如果一个着色器在程序里结合多个文理, 可以使用取样器数组.
constinttex_nums =4;
uniformsampler2Dtextures[tex_nums];
for(inti =0; i < tex_nums; ++i) {
sampler2Dtex = textures[i];
// todo ...
}
这是唯一的用户能用的自定义类型
struct light
{
vec3position;
vec3color;
};
light ceiling_light;
数组索引是从0开始的，而且没有指针概念
// 创建一个10个元素的数组
vec4points[10];
// 创建一个不指定大小的数组
vec4points[];
points[2] =vec4(1.0);// points现在大小为3
points[7] =vec4(2.0);// points现在大小为8
只能用于声明函数返回值
必须明确地进行类型转换，不会自动类型提升
floatf =2.3;
boolb =bool(f);// b is true
GLSL中有4个限定符（variable qualifiers）可供使用，它们限定了被标记的变量不能被更改的”范围”.
const
attribute
uniform
varying
const: 和C++里差不多，定义不可变常量
表示限定的变量在编译时不可被修改.
attribute:是应用程序传给顶点着色器用的
不允许声明时初始化
attribute限定符标记的是一种全局变量,该变量在顶点着色器中是只读（read-only）的，该变量被用作从OpenGL应用程序向顶点着色器中传递参数，因此该限定符仅能用于顶点着色器.
attribute变量是只能在vertex shader中使用的变量
它不能在fragment shader中声明attribute变量，
也不能被fragment shader中使用）
在application中，一般用函数glBindAttribLocation（）来绑定每个attribute变量的位置，然后用函数
glVertexAttribPointer（）为每个attribute变量赋值。
以下是例子：
uniform mat4 u_matViewProjection;
attribute vec4 a_position;
attribute vec2 a_texCoord0;
varying vec2 v_texCoord;
void main(void)
{
gl_Position = u_matViewProjection * a_position;
v_texCoord = a_texCoord0;
}
uniform:一般是应用程序用于设定顶点着色器和片断着色器相关初始化值.不允许声明时初始化.uniform限定符标记的是一种全局变量,该变量对于一个图元（primitive）来说是不可更改的 它可以从OpenGL应用程序中接收传递来的参数
uniform变量 外部程序传递给shader的变量.
函数glUniform**（）函数赋值的.
shader 中是只读变量,不能被 shader 修改.
uniform变量一般用来表示：变换矩阵，材质，光照参数和颜色等信息。
uniform mat4 viewProjMatrix; //投影+视图矩阵
uniform mat4 viewMatrix; //视图矩阵
uniform vec3 lightPosition; //光源位置
varying:用于传递顶点着色器的值给片断着色器.它提供了从顶点着色器向片段着色器传递数据的方法，varying限定符可以在顶点着色器中定义变量，然后再传递给光栅化器，光栅化器对数据插值后，再将每个片段的值交给片段着色器.
varying变量是vertex和fragment shader之间做数据传递用的。
一般vertex shader修改varying变量的值，
然后fragment shader使用该varying变量的值。
因此varying变量在vertex和fragment shader二者之间的声
明必须是一致的。
application不能使用此变量。
以下是例子：
// Vertex shaderuniform
mat4 u_matViewProjection;
attribute vec4 a_position;
attribute vec2 a_texCoord0;
varying vec2 v_texCoord; // Varying in vertex shader
void main(void)
{
gl_Position = u_matViewProjection * a_position;
v_texCoord = a_texCoord0;
}
// Fragment shaderprecision
mediump float;
varying vec2 v_texCoord; // Varying in fragment shader
uniform sampler2D s_baseMap;
uniform sampler2D s_lightMap;
void main()
{
vec4 baseColor;
vec4 lightColor;
baseColor = texture2D(s_baseMap, v_texCoord);
lightColor = texture2D(s_lightMap, v_texCoord);
gl_FragColor = baseColor * (lightColor + 0.25);
}
注意:以上这几种限定符很重要
不能在if-else中声明变量
用于判断的条件必须是bool类型(if,while,for…)
(?:)操作符后两个参数必须类型相同
不支持switch语句
vec4toonify(infloatintensify)
{
vec4color;
color =vec4(0.8,0.8,0.8,0.8)
returncolor;
}
discard关键字可以避免片段更新帧缓冲区，当流控制遇到这个关键字时，正在处理的片段就会被标记为丢.
如果不理解什么叫标记为丢 可以参考一下UIView的绘制过程
函数名可以通过参数类型重载，但是和返回值类型无关
所有参数必须完全匹配，参数不会自动
函数不能被递归调用
函数返回值不能是数组
函数参数标识符
in: 进复制到函数中，但不返回的参数(默认)
out: 不将参数复制到函数中，但返回参数
inout: 复制到函数中并返回
通过在选择器(.)后列出各分量名，就可以选择这些分量
vec4v4;
v4.rgba;// 得到vec4
v4.rgb;// 得到vec3
v4.b;// 得到float
v4.xy;// 得到vec2
v4.xgba;// 错误！分量名不是同一类
v4.wxyz;// 打乱原有分量顺序
v4.xxyy;// 重复分量
最后推荐一个GLSL编辑调试工具OpenGL Shader Builder(Graphics Tools.dmg)
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全文完
