GLSL的语法以及内嵌函数

2019-10-11 本文已影响0人凌烟醉卧

如何编写着色器小程序？
需要用到一门新的语言，GLSL，它是类似C风格的语言。

GLSL全称为OpenGL Shading Language，是为了实现着色器的功能
而向开发人员提供的一种开发语言，对其只要能理解到这个层次就可以
了。

GLSL语法与内建函数

修饰符
float? 浮点型
vec2? 含两个浮点型数据的向量,相当于一个数组
vec4? 含四个浮点型数据的向量(xyzw,rgba,stpq)
sampler2D? 2D纹理采样器(代表一层纹理)

修饰符

const：用于声明非可写的编译时常量变量。
attribute：属性变量。用于经常更改的信息，只能用于顶点着色器中。一般用该变量来表示一些顶点数据，如：顶点坐标、纹理坐标、颜色等。
uniforms：一致变量。用于不经常更改的信息，可用于顶点着色器和片元着色器。在着色器执行期间一致变量的值是不变的。与const常量不同的是，这个值在编译时期是未知的是由着色器外部初始化的。
varying：用于修饰从顶点着色器向片元着色器传递的变量。

基本数据类型
int、float、bool，这些与C语言都是一致的，需要强调的一点就是，这里面的float是有一个修饰符的，即可以指定精度。三种修饰符的范围（范围一般视显卡而定）和应用情况具体如下。

highp：32bit，一般用于顶点坐标（vertex Coordinate）。
medium：16bit，一般用于纹理坐标（texture Coordinate）。
lowp：8bit，一般用于颜色表示（color）。

向量类型

向量类型是Shader中非常重要的一个数据类型，因为在做数据传递的时候需要经常传递多个参数，相较于写多个基本数据类型，使用向量类型是非常好的选择。列举一个最经典的例子，要将物体坐标和纹理坐标传递到Vertex Shader中，用的就是向量类型，每一个顶点都是一个四维向量，在Vertex Shader中利用这两个四维向量即可完成自己的纹理坐标映射操作。

声明方式如下（GLSL代码）

attribute vec4 position;

矩阵类型
矩阵类型在Shader的语法中也是一个非常重要的类型，有一些效果器需要开发者传入矩阵类型的数据，比如后面会接触到的怀旧效果器，就需要传入一个矩阵来改变原始的像素数据。声明方
式如下（GLSL代码）：

uniform lowp mat4 colorMatrix;

上面的代码表示了一个4×4的浮点矩阵，如果是mat2就是2×2的浮点矩阵，如果是mat3就是3×3的浮点矩阵。若要传递一个矩阵到实际的Shader中，则可以直接调用如下函数（客户端代码）：

glUniformMatrix4fv(mColorMatrixLocation, 1, false, mColorMatrix,0);

纹理类型
一般仅在Fragment Shader中使用这个类型，二维纹理的声明方式如下（GLSL代码）：

uniform sampler2D texSampler；

当客户端接收到上面这个句柄时，就可以为它绑定一个纹理，代码如下（客户端代码）：

//激活图层
GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE0);
// 图像数据
// 正常：GLES20.GL_TEXTURE_2D
// surfaceTexure的纹理需要
GLES20.glBindTexture(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES,texture);
//传递参数 0：需要和纹理层GL_TEXTURE0对应
GLES20.glUniform1i(vTexture,0);

注意上述代码中第一行激活的是哪一个纹理句柄，第三行代码中的第二个参数需要传递对应的Index，就像代码中激活的纹理句柄是GL_TEXTURE0，对应的Index就是0，如果激活的纹理句柄是GL_TEXTURE1，那么对应的Index就是1，在不同的平台上句柄的个数也不一样，但是一般都会在32个以上。

特殊的传递类型
在GLSL中有一个特殊的修饰符就是varying，这个修饰符修饰的变量均用于在Vertex Shader和
Fragment Shader之间传递参数。首先在顶点着色器中声明这个类型的变量代表纹理的坐标点，并且对这个变量进行赋值，代码如下：

//传给片元着色器 像素点
varying vec2 aCoord;
void main(){
    //内置变量 gl_Position ,我们把顶点数据赋值给这个变量 opengl就知道它要画什么形状了
    gl_Position = vPosition;
    // 经过测试 和设备有关， 计算顶点坐标
    aCoord = (vMatix * vCoord).xy;
}

紧接着在Fragment Shader中也声明同名的变量，然后使用texture2D方法取出二维纹理中该纹理坐标点上的纹理像素值，代码如下（GLSL代码）：

//采样点的坐标
varying vec2 aCoord;
//采样器
uniform samplerExternalOES vTexture;
void main(){
    //变量 接收像素值
    // texture2D：采样器 采集 aCoord的像素
    //赋值给 gl_FragColor 就可以了
    gl_FragColor = texture2D(vTexture,aCoord);
}

取出了该坐标点上的像素值之后，就可以进行像素变化操作了，比如说提高对比度，最终将改变的像素值赋值给gl_FragColor。

GLSL的内置函数与内置变量
首先来看内置变量，最常见的是两个Shader的输出变量。先来看Vertex Shader的内置变（GLSL代码）：
原型

vec4 gl_position;

使用

// 把顶点坐标给这个变量， 确定要画画的形状
attribute vec4 vPosition;
void main(){
    //内置变量 gl_Position ,我们把顶点数据赋值给这个变量 opengl就知道它要画什么形状了
    gl_Position = vPosition;
}

上述代码用来设置顶点转换到屏幕坐标的位置，Vertex Shader一定要去更新这个数值。另外还有一个内置变量，代码如下（GLSL代码）：
原型

float gl_pointSize;

其次是Fragment Shader的内置变量，代码如下（GLSL代码）：
原型

vec4 gl_FragColor;

上述代码用于指定当前纹理坐标所代表的像素点的最终颜色值。

然后是内置函数，具体的函数可以去官方文档中查询，这里仅介绍几个常用的函数。

abs（genType x）：绝对值函数。
floor（genType x）：向下取整函数。
ceil（genType x）：向上取整函数。
mod（genType x，genType y）：取模函数。
min（genType x，genType y）：取得最小值函数。
max（genType x，genType y）：取得最大值函数。
clamp（genType x，genType y，genType z）：取得中间值函数。
step（genType edge，genType x）：如果x<edge，则返回0.0，否则返回1.0。
smoothstep（genType edge0，genType edge1，genType x）：如果x≤edge0，则返回0.0；如果x≥edge1，则返回1.0；如果edge0<x<edge1，则执行0～1之间的平滑差值。
mix（genType x，genType y，genType a）：返回线性混合的x和y，用公式表示为：x（1-a）+ya，这个函数在mix两个纹理图像的时候非常有用。
其他的角度函数、指数函数、几何函数在这里就不再赘述了，可以去官方文档进行查询。

对于一个语言的语法来讲，剩下的就是控制流部分了，而GLSL的控制流与C语言非常类似，既可以使用for、while以及do-while实现循环，也可以使用if和if-else进行条件分支的操作。

GLSL的常用语法部分已经讲解得差不多了，毕竟程序（Shader）都是运行在GPU上的，那么在CPU上运行的程序（应用程序）应该如何将这一组Shader交给OpenGL ES的渲染管线呢？下面就来介绍如何在应用程序中使用Shader。

GLSL的语法以及内嵌函数

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