OpenGL: 着色器

OpenGL: 着色器

注：摘自 LearnOpenGL-CN

典型着色器结构

#version version_number

in type in_variable_name;
in type in_variable_name;

out type out_variable_name;

uniform type uniform_name;

int main()
{
  // 处理输入并进行一些图形操作
  ...
  // 输出处理过的结果到输出变量
  out_variable_name = weird_stuff_we_processed;
}

数据类型

基础数据类型：int、float、double、uint和bool。GLSL也有两种容器类型，它们会在这个教程中使用很多，分别是向量(Vector)和矩阵(Matrix)，其中矩阵我们会在之后的教程里再讨论。

向量

GLSL中的向量是一个可以包含有1、2、3或者4个分量的容器

可以分别使用.x、.y、.z和.w来获取它们的第1、2、3、4个分量

允许对颜色使用rgba，或是对纹理坐标使用stpq访问相同的分量

允许一些有趣而灵活的分量选择方式，叫做重组

vec2 someVec;
vec4 differentVec = someVec.xyxx;
vec3 anotherVec = differentVec.zyw;
vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;

输入输出

如果我们打算从一个着色器向另一个着色器发送数据，我们必须在发送方着色器中声明一个输出，在接收方着色器中声明一个类似的输入

当类型和名字都一样的时候，OpenGL就会把两个变量链接到一起，它们之间就能发送数据了

顶点着色器

顶点着色器的输入特殊在，它从顶点数据中直接接收输入

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position; // position变量的属性位置值为0

out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出

void main()
{
    gl_Position = vec4(position, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数
    vertexColor = vec4(0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); // 把输出变量设置为暗红色
}

片段着色器

片段着色器，它需要一个vec4颜色输出变量，因为片段着色器需要生成一个最终输出的颜色

#version 330 core
in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量（名称相同、类型相同）

out vec4 color; // 片段着色器输出的变量名可以任意命名，类型必须是vec4

void main()
{
    color = vertexColor;
}

Uniform

Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式

uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问

#version 330 core
out vec4 color;

uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量

void main()
{
    color = ourColor;
}  

GLfloat timeValue = glfwGetTime();
GLfloat greenValue = (sin(timeValue) / 2) + 0.5;
GLint vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
glUseProgram(shaderProgram);
glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

用glGetUniformLocation查询uniform ourColor的位置值

通过glUniform4f函数设置uniform值

注意：查询uniform地址不要求你之前使用过着色器程序，但是更新一个uniform之前你必须先使用程序

顶点形式的颜色数据

把颜色数据加进顶点数据中。我们将把颜色数据添加为3个float值至vertices数组

GLfloat vertices[] = {
    // 位置              // 颜色
     0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,   // 右下
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 左下
     0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f    // 顶部
};

调整一下顶点着色器，用layout标识符来把color属性的位置值设置为1（现在可以看明白 layout 是干什么的了）

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 position; // 位置变量的属性位置值为 0 
layout (location = 1) in vec3 color;    // 颜色变量的属性位置值为 1

out vec3 ourColor; // 向片段着色器输出一个颜色

void main()
{
    gl_Position = vec4(position, 1.0);
    ourColor = color; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色
}

重新配置顶点属性指针

// 位置属性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 颜色属性
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)(3* sizeof(GLfloat)));
glEnableVertexAttribArray(1);

回忆一下glVertexAttribPointer函数的参数

第一个参数指定我们要配置的顶点属性（这对应着在顶点着色器中使用layout(location = 0)定义了position顶点属性的位置值）

第二个参数指定顶点属性的大小

第三个参数指定数据的类型

第四个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为GL_TRUE，所有数据都会被映射到0（对于有符号型signed数据是-1）到1之间

第五个参数叫做步长(Stride)，它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔

最后一个参数表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量(Offset)，类型是GLvoid*，所以需要我们进行强制类型转换